автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Формирование маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных деталей при автоматизированном проектировании автоматических линий

•>.. п э и

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СТАНКОИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ВОЛОДИН Николай Васильевич

УДК 621.527.23.002.001.2

ФОРМИРОВАНИЕ МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ КОМПЛЕКСНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Московском станкоинструыентальном институте .

доктор технических наук, профессор Султан-заде Н.М.

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Капустин Н.М.

Ведущее предприятие

кандидат технических наук, доцент Басин А.М.

ЭНИМС

Защита состоится "_"

1990 г. в _ час. на засе-

дании специализированного совета К.063.42.04 в Московском .станкоинструментальнои институте.

Адрес института: 101472, ГСП, Москва, К-55, Вадковский пер., д. За.

Ваш отзывы в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью, просьба выслать по указанному адресу.

С диссертацией иохно ознакомиться в библиотеке Московского станкойнструментального института.

Автореферат разослан

1990 г.

*

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н.

Егоров С.Б.

j ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ -—Актуальность. Ведущая роль в ускорении научно-технического прогрессу принадлежит машиностроению и, как одной из ключевых отраслей,. станкостроению.

Особое значение имеет вопрос создания оборудования для изготовления корпусных деталей (КД), обработка которых составляет 60% от трудоемкости всех деталей в машиностроении. При этом трудоемкость обработки КД в массовом производстве (МП) составляет 25£ от трудоемкости их обработки по всем видам производств .

В массовом производстве'автоматические линии (АЛ) являются основным станочным оборудованием для комплексной автоматизации, в связи с чем задача проектирования и изготовления AJI является актуальной научно-технической задачей.

При проектировании АЛ необходимо применять новые, научно обоснованные методы и средства проектирования.

В настоящее время широкое распространение получают системы автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие увеличить производительность труда проектировщиков, а также повысить технико-экономические показатели проектируемых объектов.

При проектировании AJI необходимо стремиться к повышению производительности и снижению себестоимости оборудования. Для этого необходимо, чтобы технологический процесс (ТП) обработки детали обеспечивал требуемую точность и производительность при ааксимальной концентрации обработки.

Для построения ТП в условиях автоматизированного проектирования, необходимо определить маршруты обработки поверхностей, юзволявдие обеспечить требуемую точность и производительность збработки при минимальном количестве оборудования AJÍ.

Поэтому формирование маршрутов обработки поверхностей КД в условиях автоматизированного проектирования является актуаль-юй научно-технической задачей.

Цель работы - повысить технико-экономические показатели автоматических линий за счет разработки методов и средств для юрмирования оптимо-ьных маршрутов обработки поверхностей'КД i условиях автоматизированного проектирования.

Для достижения указанной цели в работе поставлена и решена

научная задача определения маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных деталей, обеспечивающих необходимую точность обработки и требуемую программу выпуска при максимальной концентрации обработки, в условиях автоматизированного проектирования.

Научная новизна работы заключается :

- в установлении взаимосвязей «авду методами обработки и параметрами качества поверхностей КЗ;

- в выборе', системы критериев отбора маршрутов обработки комплексных поверхностей КД, обеспечивающих построение оптимальной структуры АЛ;

- в разработке алгоритмов и программ формирования маршрутов обработки комплексных поверхностей КД, обеспечивающих требуемую точность и производительность при максимальной концентрации обработки. . .

Практическая ценность работы.' Разработанный метод формирования маршрутов обработки комплексных поверхностей КД обеспечивает сокращение времена на поиск наилучших решений по выбору . технологических переходов обработки поверхностей КД.

Метод формирования маршрутов обработка комплексных поверхностей по критерию максимальной концентрации обработки позволяет на ранних стадиях проектирования выбирать оптимальный вариант обработки каздой поверхности КД, что позволяет обеспечить требуемое качество обработки, производительность АЛ и получить минимальное количество оборудования.

Полученные результаты оформлены в виде алгоритмов и программ, что является основой математического обеспечения соответствующей подсистемы САПР.

Методы исследований. Для исследования и формулирования научных положений в диссертационной работе быта применены к использованы методы теории графов, теории множеств, методы нормализации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались

- b -

на конференции "Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем". Курган, 1988.

Публикации. По теме диссертации имеется 3 публикации.

«

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа . изложена на 150 страницах машинописного текста. Список литературы содержит 94 наименования.

В результате выполнения исследований•автор защищает:

- метод решения задачи определения маршрутов'обработки поверхностей КД при автоматизированном.проектировании АЛ;

- алгоритмы и программы анализа технического задания на проектирование АЛ. *

/ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. .

1. Состояние .вопроса, цель и задачи исследования. •

Анализ литературных источников, а также опыта проектирования АЛ показывает, . что вопросы автоматизированного проектирования структур оборудования АЛ является нёдостаточно изученной задачей. - • - '

Общая методология проектирования технологических ;процессов и формирования на их основе оборудования АЛ изложена в"работах Б.С.Балакшина, Л.И.Волчкевича, А.И.Дащенко, В.В.Калинина, Н.М. Султан-заде, В.Д.Цветкова и др. В этих работах отмечается, что проектирование АЛ начинается с разработки технологического процесса обработки детали.

При этом на начальном этапе необходимо определить маршруты обработки поверхностей корпусной детали. . В связи с возможностью применения на АЛ различных методов обработки мЬхно "получить для одной поверхности несколько вариантов маршрутов обработки,. обеспечивающих требуемое качество • обработки ' и производительность АЛ.

При этом предлагается на следующих стадиях проектирования

АЛ рассматривать все эти варианты и на их основе производить построение структуры оборудования АЛ.

Анализ следущих этапов проектирования АЛ показывает, что такой подход.к решению данной задачи приводит к резкому возрастанию количества вариантов решений на следупцих стадиях проектирования. Так количество вариантов последовательности выполнения переходов по обработке детали будет равно произведению количеств вариантов маршрутов обработки каждой поверхности КО.

С учетом большого количества поверхностей, входящих в состав КД, иохно сказать, что данную задачу невозможно решить в реальное вреыя цетодоы полного перебора вариантов.

В связи с этим необходимо определить критерий выбора одного варианта маршрута обработки для каждой комплексной поверхности КД.

В работах по автоматизированному проектированию технологических процессов рассматриваются вопросы формирования маршрутов обработки элекэятов форхы (эф), где под эф понимается элементарная поверхность, которая может быть получена в результате одаократяого перемещения режущего инструмента относительно заготовки. Совокупность эф, имеющих определенное функциональное назначение, образует кошлекс КД.

Маршрут обработки комплекса предлагается формировать из переходов обработки эф, входящих в состав данного комплекса. Пра этом перехода упорядочивается по возрастание качества обработки.

Даишгй подход не учитывает взаимосвязи зф в комплексе и поэтому получаемые кзрггруты на всегда является правильные.

Исходя из современных требований к построения САПР, необходимо обеспечить ноззенскиссть данных от програаа. Для этого необходимо построить 'информационную модель процесса проектирования .

Провэденшй анализ литературы позволил сформулировать цель и задачи исследования, которые заключаются э следующей: •

- формализации задачи определения маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных доталей;

- выборе критериев для отбора единственного маршрута ^ра-

ботки каждого комплекса;

- построение информационной модели процесса формирования маршрутов обработки комплексных поверхностей.

2. Исследование задачи формирования маршрутов обработки .комплексных поверхностей корпусных деталей в крупносерийном-и массозом производстве.

В данной главе исследованы вопросы формализации.задачи определения маршрутов обработки комплексных поверхностей КД и выбора критериев отбора оптимального маршрута обработки каздой поверхности детали.

Анализ технологических процессов обработки КД позволили разбить комплексы на два класса. К первому классу относятся комплексы, для которых на основе опыта традиционного проектирования существуют типовые технологические маршруты их*обработки, ко второму - не имеющие таких маршрутов.

Использование типовых маршрутов обработки объясняется следующими причинам!:

- большим количеством эф, входящих в состав комплекса и сложной формой этих эф;

- применением сборочных операций ( запрессовка втулки и т.д.); .

- применением специального режущего инструмента и оснастки;

- применением специальных режимов резания.

Проведенные исследования технологических процессов КД позволили выявить параметры, ограничивающие применение типовых технологических маршрутов. К ним относятся точность и шероховатость на последнем порехода обработки поверхности, минимальный и максимальный диаметр применения переходов, ишшмальный и максимальный припуск на переход, обрабатываешь материал.

Комплексы, имеющие типовые технологические маршруты имеют определенное функциональное назначение ( отверстие под гильзу, отверстие под коленчатый вал, базовые отверстия и др.) и поэтому их эф имеют небольшие различие значений параметров качества и линейных размеров для различных деталей. *

При кодировании детали для каждого комплекса указывается

его тип. По этому параметру для комплексов с типовой технологией осуществляется поиск технологического маршрута в базе данных. Найденный маршрут проверяется на соответствие параметрам введенного комплекса.

При этом шероховатость и точность каждого эф должны соответствовать шероховатости и точности, получаемых на последнем переходе обработки этого комплекса, а диаметр эф должен входить в диапазон диаметров обработки, указанных в типовом маршруте .

При несоответствии одного из условий необходимо скорректировать типовой маршрут.

Однако, большинство комплексов детали не имеют типовых маршрутов обработки и маршруты их обработки должны формироваться на основании параметров эф, а также взаимного влияния эф комплекса на состав переходов.

Множество маршрутов обработки эф можно представить в виде графа (рис.1)." Начальная точка пути определяется в зависимости от параметров эф на заготовке (вид предварительного состояния, диаметр эф на заготовке и др.), а конечная точка - в зависимости от требуемого качества обработки.

Промежуточные переходы определяются в зависимости от соотношения качества до и после выполнения перехода.

Необходимо отметить, что возможно для одного эф формирование нескольких вариантов маршрутов обработки, т.к. одно качество может быть достигнуто различными видами обработки.

Важное значение для достижения требуемого качества обработки имеет припуск, на переход. Он не может быть меньше минимально допустимой величины и больше максимально допустимой величины, определяемых видов обработки и получаемым качеством обработки.

В зависимости от диаметра эф и припусков на переходы можно . определить минимальный и максимальный диаметр на каждый переход обработки эф.

Из маршрутов обработки эф можно сформировать маршруты обработки комплекса. При этом число вариантов маршрутов обработки комплекса определяется как произведение количеств маршрутов каждого эф этого комплекса.

Цилиндр внутренний Фаска внутренняя

Рис.1.

При формировании маршрутов обработки комплексов необходимо исходить из принципа постепенного наращивания качества обработки. При этом каждый переход обработки каждого эф должен войти в маршрут обработки комплекса.

Однако исследования показали, что для определенных соотношений диаметров возможно совмещение переходов, что позволяет сократить количество переходов в маршруте (рис.2). .

Сформированные маршруты обработки комплексов необходимо проверить на достижение точности относительного положения.

Для этого необходимо рассмотреть вопросы базирования детали в процессе обработки. В связи со сложностью решения задачи автоматического выбора технологических баз детали, при кодировании детали задаются возможные комплекты технологических баз (КГБ).

Исходя из заданных КТБ, а также размерных увязок комплексов на детали, необходимо провести анализ достижения точности относительного. положения поверхностей.

Эта задача не рассматривалась в данной работе. Необходимо отметить, что при анализе точности относительного положения должны быть рассмотрены для каждого комлекса все маршруты их обработки. При этом маршруты, которые на обеспечивают точность, на последующих шагах проектирования не рассматриваются.

Для получения необходимой точности между двумя поверхностями используется ода:'из возможных технологических приемов:

- обработка производится совместно на одной позиции и от единых технологических баз (без переустановки);

* обработка производится на различных позициях от одних и тех же технологических баз;

- обработка производится при разных установках детали на одних и тех же технологических базах, т.е. со снятием детали и повторной установкой на те ае базы;.

- обработка производится на различных установках и от разных технологических баз.

При об'единении технологических переходов (инструментов) в шпиндельные коробки необходимо иметь информацию о КТБ для каждого перехода, а гакза об используемом технологическом приеме.

Лдя .этого- • необходимо сформировать квадратную матрицу

- 11 -

ФОРМИРОВАНИЕ МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ КО?ИПЛЕКСОВ

Маршруты обработки элементов формы

N эф N пер. обработки номер кв-та ше^-сть

1 1 сверление 12 . 20

1 2 эенкерование 11 10

1 3 развертывание 8 5

2 1 сверление 12 20

2 2 эенкерование 11 10 ,

3 1 сверление 12 20

1-

г-

Кэф

Хш> Хт*>I ¿лм 1т* >««

р, О, 0Л 0, ~д3=(1х |3енк.

ЕвГ

разв.

¿лил ¿.ОУ л**»

звнк. -

Зм, I I I

& I ' I , _!_1_1_

К пер обработки диаметр

1 сверление с

2 сверление йГ

3 сверление

4 эенкерование ЕГ"

5 эенкерование

6 развертывание

1- •

2-

эф

4м*

От

о, ц,

св.

Ь I

св. | зенх.

I I •

* I

св.

¿миг - ^

зенк. раза.

I

н пар обработки диематр

1 сверление ¿9 ,

2 зенкерозаии-з еЬ

3 развертывание

'Рис.2.

В(1,Л), в которой указывается номер технологического приема для выполнения технологических переходов.

При проектировании АЛ необходимо обеспечить требуемую производительность оборудования, которая указывается в заявке "заказчика".

Производительность АЛ зависит от длительности рабочего цикла и коэффициента технического использования. Для обеспечения требуемой производительности необходимо, чтобы время работы каждого инструмента не превышало предельно допустимое время цикла.

Время работы инструмента включает в себя время обработки, вспомогательное время и время быстрых перемещений. Время работы инструмента с рабочей подачей определяется исходя из длины рабочего хода инструмента и величины подачи. При этом длина рабочего хода инструмента включает в себя длину врезания, длину обработки и длину перебега инструмента.

В работе Феофанова А.Н. исследованы циклограммы работы АЛ, спроектированных в МосСКБ АЛ и АС и приведены значения времени цикла, вспомогательного времени, времени быстрых церемещений. Из приведенных данных видно, что время быстрых перемещений в среденем составляет около 15% от времени цикла АЛ. Таким образом, при проверке маршрутов обработки комплексов на обеспечение требуемой производительности АЛ необходимо, чтобы для каждого технологического перехода выполнялось условие:

I < 0.851ч-

Для оценки производительности маршрутов обработки предлагается формула:

' . = / . /

1* - тах{¿ы} / V- 2 • _

>7 •

где - производительность маршрута обработки поверхности;

- и -

- время цикла работы 1-го инструмента;

¿л - основное время работы 1-го инструмента;

- время замены 1-го инструмента;

Тс - стойкость 1-го инструмента;

/'? - количество переходов в маршруте..

После того как сформированы маршруты обработки поверхностей детали необходимо сформировать шпиндельные коробки, обеспечивающие максимальную концентрацию обработки, т.е. нужно стремиться к получению минимального количества шпиндельных коробок. Для этого необходимо обеспечивать объединение в одну коробку как можно, большего количества инструментов.

При формировании маршрутов обработки для каждой поверхности формируются все возможные варианты их обработки. В итоге для каждой поверхности необходимо выбрать один маршрут, обеспечивающий максимальную совместимость с другими переходами в шпиндельные коробки. На основе большого практического опыта проектирования АЛ определены ограничения на совместимость переходов. * <

К таким ограничениям относятся:

- ограничения по видам обработки;

- ограничения по качеству обработки;

- ограничения по диаметру обработки.

Все эти ограничения можно представить в виде матрицы совместимости переходов. По этой матрице для каждого кода перехода при объединений деожно определить возможной количество совмещаемых инструментов.

При выборе критерия для определения маршрута, обеспечивающего максимальную концентрацию обработки необходимо учитывать показатели совместимости переходов, а также их количество. Возможны два критерия.

Однако, при суммировании показателей совместимости переходов может быть выбран маршрут, переходы которого могут совмещаться только сами с собой, что не обеспечивает максимальную концентрацию обработки. Поэтому в качестве критерия для выбора маршрута выбирается Агорой критерий, в котором берется произведение показателей совместимости переходов.

Полученные результаты формирования маршрутов обработки по-

нэрхностей детали по критерию минимального количества переходов и по критерию совместимости переходов показывают, что критерий совместимости предпочтительнее (рис.3).

«

3. Построение информационной модели процесса проектирования маршрутов обработки поверхностей деталей.

Для автоматизированного решения задачи формирования маршрутов обработки необходимо стремиться к обеспечению современных требований к построению САПР. Одним из важнейших требований при разработке автоматизированных ! систем является обеспечение независимости данных от программ. С этой целью вводится: концептуальный уровень, на котором строится БД, удовлетворяющая требованиям всех пользователей и программ.

Для устранения избыточности, противоречивости данных все отношения приведены к третьей нормальной форме.

Не основе анализа проектирования АЛ и нормативно-справочных материалов сформировании отноыения БД для решения задачи формирования маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных деталей.

Эти отношения можно разбить на следующие группы на основе решаемых задач:

- отношения для формирования маршрутов обработки эф^

- отношения для формирования маршрутов обработки комплексов;

- отношения для определения длин врезания и перебега инструментов;

- отношения для определения показателя совместимости переходов .

На рис.4 показаны задачи, решаемые при формировании маршрутов обработки комплексных поверхностей Щ,' и необходимая для этого информация.

' 4". Разработка подсистемы "Анализ технического задания на систему автоматических линий".

Ка основе установленных закономерностей формирования марш-

1 Ш

S

Mí)

S

ÏS

§

se

S

Ig

^

s

я s

&

"a

I

V g»

■f

e

«4

?

3 о о о 1

3 о о о : V.

. • • •

« о •ъ ! о о

* ъ» 1 о 0

- о I о 0

1 о >> о *» * ; о •V с 0) 0 41 0 >

s 5Í Í i i I • !

s af H «5 ; «о 0» <в в)

ÎJ 3

«ai

и £

s

a, S?

•o

I! S3

со о

•i «о

О

тэ

-s

з

i

fej

3

ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

Входная информация

сведения об эф

состав комплексов

КТБ, размерная увязка комплексов

производительность' АЛ,

длины эф

■маршруты обработки комплексов

Нормативно-• справочная информация

методы обработки, припуски -.

•показатели качества .переходов

методы обработки и точность относительного положения

длины врезания и перебега

показатели

совместимости

переходов

Рис. 4.

рутов "обработки поверхностей КД и спроектированных отношений БД была реализована подсистема "Анализ технического задания", входящая в состав САПР ТП САЛ.

Подсистема состоит из процедур:

- "Элементарная технология";

- "Технология на комплекс";

- "Базирование"; . .

- "Расчет производительности";

- "Документирование".

Подсистема реализована на ЭВМ типа СМ-4 под управлением ОС

РВ.

5. Общие выводы.

1. В результате изучения соответствующих материалов по воп- • росам проектирования автоматических линий установлено, что существует взаимосвязь этапа формирования маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных деталей с построением структуры АЛ.

2. Для построения оптимальной структуры АЛ маршруты обработки поверхностей детали должны обеспечивать требуемую точность и производительность при максимальной концентрации обработки.

3. Проведенный анализ технологических процессов обработки ВД на АЛ показал необходимость применения типовых маршрутов обработки для комплексов, имеющих определенное функциональное назначение, что позволяет учитывать особые условия их обработки.

Синтез маршрутов обработки других комплексов осуществляется на основе переходов обработки их эф и с учетом взаимосвязей параметров этих переходов, что позволяет минимизировать количество переходов в маршруте и типажа инструментов.

4. Для построения оптимальной структуры оборудования АЛ предложен критерий выбора одного маршрута каждого комплекса детали, уттызаттЯ возможность сотгттпя инструментов в апаэделышв коробки.

5. Для решения задачи формирования каршрутов обработки

комплексных поверхностей КД в условиях САПР разработана информационная модель, которая позволяет:

- обеспечить представление нормативно-справочных данных в табличной форме, удобной для пользователя;

- расширять и модернизировать нормативно-справочную информацию.

6. Экономический эффект от использования данной методики достигается в результате уменьшения трудоемкости и ускорения проектирования, а также улучшения технико-экономических показателей АЛ за счет выбора рациональных маршрутов обработки комплексных поверхностей корпусных деталей.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.1атровский A.JI., Володин Н.В., Гунин A.B. Автоматизация проектирования технологических маршрутов на элементы формы при обработке деталей на автоматических линиях. Сб. "Системы управления • станками и автоматическими линиями". М., ВЗМИ, 1985.

2.Володин Н.В. Автоматизированный анализ технического задания на автоматическую линию. Тезисы доклада на научно-практической конференции "Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем". Курган, 1988

3.Разработка комплекса задач создания базовой автоматизированной системы проектирования автоматических линий и агрегатных станков. Отчет по х/д НИР К 82-01, М гос. регистрации 0182.2048326. М.-.Мосстанкин, 1985-