автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Метод обеспечения точности надежности обработки при автоматизированной технологической подготовке производства

На правах рукописи

ПОМПЕЕВ Кирилл Павлович

РГ8 ОД

2 4 МОЯ

МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ

ОБРАБОТКИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА

Специальности: 05.02.11 - методы контроля и диагностика в машиностроении, 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена в Северо-Западном заочном политехническом институте. Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Сарвин A.A.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент|Бородянский В.Ь

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Поляков В.Ь

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Петров В. М.

Ведущее предприятие - государственное предприятие "Инженерный центр п нологии и материалам".

Защита состоится 1997 г. в И часов на заседании дпссе}

онного совета К 063.06.02 в Северо-Западном заочном политехническом инстит) адресу: 191186, С.-Петербург, ул. Миллионная, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СЗПИ. Автореферат разослан "

41 1997 г.

/чсныи секретарь ^диссертационного совета кандидат технических наук доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Промышленные предприятия, осуществляющие авгомаппп-анную технологическую подготовку производства на основе использования САПР , проявляют значительный интерес к созданию такой модели системы управления ка-гвом, которая позволит априорно определить ожидаемую точностную надежность анообработки деталей, подлежащих изготовлению. Эта заинтересованность усилится существующей потребностью снижения затрат средств и времени на проверку на-ности функционирования технологических процессов и их корректировку по резуль-ам опытных и установочных партий.

Проведение оценки точностной надежности обработки возможно в рамках САПР при решении вопросов автоматизации определения технологических баз и проведения мерного синтеза и анализа ТП на основе математических моделей и строгой формалн-ни задач размерно-точностного проектирования и способов их решения. Проведение ой оценки актуально и в рамках создания методологии обеспечения тенденций точ-тной аттестации ТП. При этом аттестация ТП может быть выполнена теоретически и ¡верена экспериментально.

Поэтому исследования, посвященные комплексу вопросов, связанных с созданием ода обеспечения точностной надежности обработки, являются актуальной задачей.

Цель работы заключается в создании формализованного метода оптимизации про-ируемых технологий по точностным параметрам и разработке оптико-электронного соба экспериментальной оценки или моделирования проектных решений.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка модели системы (совершенствование принципиальной схемы) авто-нзнрованного проектирования ТП изготовления деталей класса "Тела вращения" и •ематических моделей каждого уровня проектирования маршрутной технологии, при-ных для оценки точностной надежности обработки, проводимой на основе использо-ия методов размерно-точностного проектирования.

2. Создание математических моделей правил и алгоритмов определения технологиях баз для операций механической обработки в ходе проектирования маршрута ТП.

3. Разработка моделей и алгоритмов синтеза технологических требований взаимно-эасположения (ТВР) и их расчета, анализа возможности выполнения ТВР для осущест-ния оценки ожидаемой точностной надежности обработки и разработка алгоритма чета диаметральных размеров при условии выполнения ТВР и обеспечения мпнималь-с колебаний прппусков.

4. Разработка способа экспериментальной проверки фактической точностной на-сности обработки.

На защиту выносится следующее.

1. Метод аналитической оценки метрологических характеристик ТП.

2. Методика выбора технологических баз по признакам точности.

3. Способ метрологической аттестации ТП средствами оптоэлектроннки.

Методы исследования. Теоретические исследования взаимосвязи между пара»

рами точности детали и определяющими их технологическими факторами проводи; расчетно-аналитическим методом на базе современных знаний в технологии майи строения с применением системного анализа, теории базирования и теории размер цепей. Результаты исследований экспериментально проверялись в автоматизирован системе проектирования технологических процессов и методом натурного моделирс пня.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результат

1. Предложена пятиуровневая модель автоматизированного проектирова маршрута ТП изготовления деталей класса "Тела вращения", позволяющая прово; оценку точностной надежности обработки на стадии разработки ТП методами размер точностного проектирования.

2. Разработана формализованная методика выбора технологических баз, обо чивающая минимизацию погрешности базирования, количества технологических баз всему 'ГП и колебания припусков обрабатываемых поверхностей.

3. Разработана формализованная методика синтеза структуры требований вза ного расположения и анализа возможности выполнения ТВР, заданных конструкторо последующим расчетом величин промежуточных диаметральных размеров, гарантир щая выполнение требований чертежа.

4. Предложен метод аттестации ТП, позволяющий проводить как оценку денег тельной точности обработки, так ii моделирование ситуации с наличием погрешне базирования, которая задастся с помощью оптико-электронного устройства.

5. Получено алгоритмическое описание задачи автоматизированного проектирс ння и оценки надежности ТП.

Практическая ценность. Использование результатов работы позволяет повыс эффективность обработки заготовки на станках-автоматах, полуавтоматах, станка ЧПУ и в условиях быстропереналаживаемого производства за счет применения pai нальных схем базирования и уменьшения величин колебаний припусков. Методики вь ра технологических баз, синтеза ТВР и анализа возможности их выполнения, рас1 операционных диаметральных размеров в сочетании с уже разработанными ранее mi дамп назначения, расчета и анализа операционных линейных размеров позволяют прс дить оценку надежности функционирования ТП по параметрам точности на стадии автоматизированного проектирования, сократить сроки технологической подгото

оизводства и значительно снизить связанные с этим материальные затраты.

Результаты работы нашли применение в учебном процессе на кафедре "Технология гоматнзированного машиностроения" Северо-Западного заочного политехнического статута в курсах "Основы технологии машиностроения" и "САПР ТП" для специалиста 120100 - технология машиностроения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались обсуждались на межреспубликанской научно-технической конференции "Проблемы томатизации технологических процессов в машиностроении", Волгоград, 1989 г.; на нальном семинаре "Состояние, опыт и направления работ по комплексной автоматиза-и на основе ГПМ, РТК и ПР", Пенза, 26 - 27 сентября 1989 г.; на зональной конферен-и "Автоматизация технологического проектирования", Пенза, 27 - 28 ноября 1989 г.; на i Дальневосточной научно-технической конференции "САПР и надежность автоматизн-ванного производства в машиностроении", Владивосток, 1990 г.; на научных семинарах федры "Технология автоматизированного машиностроения" 1989 - 1995 г.г. и на семп-рах кафедр "Fabrikplanung und Fabrikbetrieb" и "Fertigungstechnik und rtigungsplanung" технического университета (TU Chemnitz-Zwickau) г. Хемница (ФРГ, лля Саксония).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 138 страницах ма-шописного текста, состоит из введения, пяти глав и основных результатов. Работа со-ржнт 26 рисунков, 9 таблиц, список использованной литературы из 68 наименований и иложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы её цель, учная новизна, приведены сведения о практическом использовании полученных науч-IX результатов и описана структура диссертации.

Анализ сопременпого состояния вопроса. Одной из важнейших задач в условиях ав-матнзированного производства является управление качеством изготовления изделий, ю может осуществляться в трех случаях: после выполнения ТП (по результатам опыт-х и установочных партий), в ходе выполнения ТП (с использованием активного кон-эля) и на стадии проектирования ТП. В первых двух случаях управление качеством /ществляется определением физическими методами контроля фактической точности 'отовлення изделий, установлением причин появления брака и их устранением. В тре--:м случае возможны только определение расчетно-аналптическнми методами ожидае-н точности изготовления изделий и оценка надежности функционирования проект и-;мых ТП на основе их моделирования. При этом использование расчетно-

аналитических методов наиболее эффективно в ходе автоматизированного проекту ния ТП,

Оценить предполагаемую надежность функционирования ТП можно по пока лю запаса точности, характеризующему отношение допустимой величины точност параметра (X) ТП к его ожидаемой (при реализации ТП) погрешности (у=1Тм/гахО. этом чем больше запас точности, тем выше точностная надежность ТП. Провести т< оценку в рамках САПР ТП возможно при строгой формализации процесса разме точностного проектирования.

Анализ существующих САПР ТП показывает, что этапы размерно-точност проектирования ТП в них либо не автоматизированы и решаются технологом вруч либо автоматизированы его отдельные, как правило, расчетные этапы без анализа можности автоматического обеспечения точности размеров и выполнения техниче требовании. Это позволяет выделить в качестве базовой системы, требующей св дальнейшего развития с целью решения задачи автоматизации оценки надежности пр тируемых ТП, систему САПР ТМО, в которой наиболее полно решены вопросы авт тизацни размерно-точностного синтеза и анализа ТП только лишь по линейным опер онным размерам. При этом необходимо усовершенствовать её принципиальную с проектирования ТП.

Анализ публикаций показывает, что одним из наиболее сложных и пока недс точно разработанных вопросов при создании САПР ТП является автоматизация про1_ выбора или назначения технологических баз для обработки заготовки. Этот процесс зывает существенное влияние на результаты размерно-точностного проектирования 'I является одним из важных этапов структурного синтеза ТП.

Оценка ожидаемой точностной надежности обработки позволяет осуществ метрологическую аттестацию проектируемых ТП. При этом для проверки результ теоретической аттестации можно воспользоваться предлагаемым оптнко-электрон методом контроля фактической точности обработки.

Проведенный анализ проблемы позволил определить указанные выше задач! следований для достижения поставленной цели.

Совершенствование принципиальной схемы САПР Т11. Для осуществления оц надежности функционирования ТП изготовления деталей класса "Тела вращения" в проектирования маршрута ТП (по показателю запаса точности) целесообразно отдел рассмотрение и выделение в отдельные уровни проектирования вопросов, связанш определением технологических баз, синтезом структуры линейных размеров и технол ческих требований взаимного расположения, анализом и расчетом операционных ли ных размеров, расчетом ТВР и анализом возможности их выполнения, расчетом опер онных диаметральных размеров.

На рис. 1 представлена в виде блок-схемы разработанная модель системы автома-пированного проектирования ТП изготовления деталей класса "Тела вращения", вклю-ающая при проектировании маршрута ТП пять уровней детализации:

1. Проектирование принципиальной схемы ТП (формирование организационно-пановой структуры ТП в виде этапов ТП), в ходе которого проводится: назначение пла-эв обработки элементов ТСЗ; объединение элементов ТСЗ, подлежащих обработке, в гапные комплексы по общности метода обработки (МО); выявление состоянии элемен-эв ТСЗ на выходе с каждого этапного комплекса.

ТСЗ - техническая система "Заготовка" - описывает существование объекта произ-эдетва и изменение состояний и положений его элементов в пространстве (от исходного, элучаемого в исходной заготовке, до конечного, отвечающего требованиям конструкто-а) в течение всего ТП.

Этап ТП (ЭТП) - часть ТП, характеризуемая использованием определенного МО ри формировании элементов ТСЗ.

Этапный комплекс (ЭК) - совокупность элементов ТСЗ, которые формируются пределенным МО и получают при этом необходимое состояние (не превышающее воз-ожностей данного МО) с учетом термообработки.

2. Проектирование организационно-плановой структуры ТП в виде первичных перационных структур ТП, в ходе которого проводится: дифференциация этапных ком-лексов на операционные комплексы; уточнение состояний элементов ТСЗ с учетом воз-ожности объединения нескольких этапных комплексов в одном операционном комплек-

определение стороны заготовки, с которой следует начинать обработку; определение ¡та (модели) оборудования для каждого операционного комплекса; определение поряд-а следования операционных комплексов.

Первичная операционная структура (ПОС) технологического процесса - часть ТП, арактеризуемая использованием определенного типа оборудования (ТОБ), позволяю-iero формировать определенные элементы ТСЗ принятым МО (набором МО).

Операционный комплекс (ОК) - совокупность элементов ТСЗ, доступных для обра-, □тки на выбранном типе (выбранной модели) оборудования (СТ) и получающих при гом определенное состояние.

3. Окончательное проектирование организационно-плановой структуры ТП в виде перации ТП, в ходе которого проводится: синтез технологических баз (схем базирова-ия) для плоскостных элементов и элементов вращения каждого (ОК); определение риспособленип (П), обеспечивающих синтезированные схемы базирования и образую-(пх в совокупности с ними системы базирования (СБ), и определение класса точности риспособленип; объединение ОК и соответствующих им СБ в операции на уровне марш-ута ТП (ОМ).

Ввод исходной информации

7

-2 - Заполнение недостак технологическс >щей конструкторско->й информации

3

Проектирование принципиальной схемы технологического процесса (ТП<=> {ЭТ1Ъ=> => МОп}):

ТСЗ « {ЭК} ЭК>» {Этн/Эгн е ТСЗ} => МО„/МОп е {МОк}

Первый уровень проектирования

Проектирование структуры ТП в виде первичных операционных"структур и определение последовательности их формирования (ТП <=> {ПОр =>ТОБ0}):

ЭК; о {ОКЛ о {Этн /Эуь е ТСЗ} => СТт / СТт е { СТ*}

Второй уровень проектирования

Общая компоновка маршрута технологического процесса (ТП о.{О)}):

СБ; <=> (ЭУ7ь,ЭН7ь,ЭОть)еТСЗ =>П,/Ые {Пг} OMj о ОК] и CБj МТП = <ОМ1, ОМ2.....ОМ* ..., ОМч>

Третий уровень проектирования

Синтез структуры линейных операционных размеров и синтез требований взаимного расположения:

БГШ'о {ТИу} БВМ о 1ия {БЭуь;}

Четвертьп уровень проектирования

Рис. 1

с н

о? а =г

св о

н с

О

!

Синтезированы структура линейных размеров и требования взаимного расположения?

Да

©-

8

Нет

Корректировка последовательности обработки элементов заготовки

Проведение размерно-точностного анализа ТП по линейным размерам и требованиям взаимного расположения

Пятый уровень проектирования

10 ■

Заданную точность размеров и требования взаимного \ Да расположения возможно обеспечить с запасом? /

Нет

/-и Корректировать состояния или (и) элемент плоскостных элементов \ ов вращения? >

-в "Ч ,Да

Корректировка состояний плоскостных элементов или (и) элементов вращения

Нет

/-13-*-V

/ Корректировать схемы базирования? V

Нет

-14-

Да

Корректировка схем базирования

15

Корректировка оборудования и приспособлений

—16-

Проектирование операций ТП

—17-

Разработка управляющих программ

18

Шестой уровень проектирования

Седьмой уровень проектирования

Промышленная реализация разработанного ТП

Окончание рис. 1

4. Размерный синтез ТП, в ходе которого проводится: синтез структуры опер онных линейных размеров.(SRM); синтез технологических требований взаимного ра ложения (SBM).

5. Размерный анализ ТП, в ходе которого проводится: анализ возможности noj ния заданной точности операционных линейных размеров автоматически на настрое! оборудовании; расчет величин операционных линейных размеров и припусков; ра технологических требований взаимного расположения элементов вращения и анализ можности выполнения заданных ТВР; расчет неравномерности припусков и операц ных диаметральных размеров.

Как видно из блок-схемы (рис. 1) оценка надежности ТП по точностным пара рам осуществляется на четвертом и пятом уровнях проектирования (блоки 6 - 15). М лью предусмотрено последовательное проведение синтеза технологических баз, разме го синтеза и анализа отдельно для плоскостных элементов (линейных размеров) и эле тов вращения, что требует для решения задач каждого уровня минимального количе данных и позволяет сократить количество обратных информационных связей. При каждый уровень проектирования представляет собой слабо связанный модуль, что пс ляет при создании рабочих программ широко использовать методы структурного граммирования. Преимущество данной модели проектирования ТП (блок-схемы) со с также в том, что при соответствующей подготовке входной информации, начиная с тьего уровня проектирования (по пятый), эту систему можно использовать как эксперт при оценке надежности технологических процессов, спроектированных вне её. Мо; уровней проектирования при синтезе структуры маршрута 'ГП представлены на рис. 1.

Исследования и формализация синтеза (назначения) технологических баз при а матизированном проектировании ТП. При изготовлении деталей класса "Тела враще! полное использование принципов постоянства и совмещения баз невозможно из-за ча го изменения положения заготовки в ходе выполнения ТП, поэтому для решения за; формализации процесса базирования заготовок были выработаны следующие крит< рациональности назначения технологических баз и их математические модели.

1. Минимизация погрешности базирования для плоскостных элементов и для ментов вращения (Дб -» min).

2. Минимизация количества технологических баз ({TBi} min).

3. Минимизация колебания припусков (Да-> min, Aßij-> min).

Определение технологических баз в условиях автоматизированного проектир

ния ТП целесообразно проводить начиная с последних операций ТП (т.к. на них обр тываются наиболее ответственные поверхности, как правило связанные между собой бованиями взаимного расположения и конструкторскими линейными размерами) по довательно двигаясь прилетом к первым операциям ТП. Такая направленно

:уществления процесса синтеза технологических баз позволяет в конкретных ситуациях энменять определенные критерии рациональности в зависимости от нх приоритета и эзможностн их использования.

Для выявления закономерностей назначения технологических баз, обеспечивающих >чность обработки, выполнение ТВР и минимальное колебание припусков, в работе доведены исследования действующих технологических процессов методом построения ; моделей, с последующим выявлением в каких случаях н какими критериями рацно-шыюсти пользовался технолог при назначении технологических баз, а также проведени-i соответствующих размерно-точностных расчетов. Исследования проводились для ементов вращения при условии, что для плоскостных элементов базы уже назначены, оставление и решение уравнений технологических размерных цепей биений выполнялось i IBM PC AT 486 по специально разработанной программе.

Проведенные исследования позволили выявить зависимость назначения технологи-скнх баз элементов вращения от следующих технологических факторов этих элементов:

- состояния h, которое получает элемент на рассматриваемой операции q 3Byhq * P3Brfq, P3Byhq = P3Brfq, где f - конечное состояние, соответствующее требона-1ям чертежа);

- вида операции Oq (О, = НЕМЕХ, Оч = МЕХ);

- наличия или отсутствия элементов, связанных ТВР с рассматриваемым :СВ>0, КСВ = 0);

- получают ли элементы, связанные ТВР с рассматриваемым, свое окончательное стояние на предыдущих операциях (£ЭВТуя>0, i <q);

- расположены ли элементы, связанные ТВР с рассматриваемым, с противополож-й по отношению к нему стороны детали (ЭВТуйе{ЭПС}, ЭВТуп е{ЭПС}, i<q).

В зависимости от сочетания указанных факторов все многообразие элементов вра-:ния деталей класса "Тела вращения" разделено на 6 групп, обладающих соответствую-1ми конструктивно-технологическими характеристиками, модели которых представле-I в работе.

Экспериментальные исследования действующих технологических процессов, пред-шленные в работе и проведенные на основе выработанных конструктивно-шологических характеристик элементов, подлежащих базированию, и критериев ра-ональности назначения баз, позволили разработать формализованную методику назна-шя технологических баз, включающую 9 правил, модели которых представлены в pare.

Исследования показали необходимость диалогового режима при автоматизирован-и назначении технологической базы для каждого обрабатываемого элемента, т.к. воз-кают такие ситуации, когда только технолог может оценить техническую возможность

1. Неуказанные предельные отклонения: Ы4; Н14. Втулка, Сталь 45 ГОСТ 1050-88

005 Штамповка

11*320,

61

ОКю{(31[.+';° Дг320], 42[ ^ Кг320],61[^Дг320], (101 [Яг320], 202^320], 301 [11гЗ; =>{СТ1 - Горизонтально-ко] ная машина}; СБ1е0.

010 Токарная

51 <=> ХУ2: \ / 60 о ХУЗ:

(РЭВзшо* РЭВ5гою) а И (РЭВбмю= РЭВбшю) /

^ а (Оою = МЕХ). / \ (Оою = МЕХ)а(КСВ =

и и

т.к. Оою = МЕХ1, то 31 по правилу РУ1: ТБрэвбьою » ЭВзьоо5 [(ЭВзьооз е {ЭНК}, 0 = 005) < (я = 010)) л л (ДИ АМэвзьоо5 ->• шах) а А(Тв= 1).

т.к. Оою = МЕХь то : по правил}' РУ1: ТБрэвбьою о ЭВзьаи '[(ЭВзьооз 6 {ЭНК}, 0 = 005) < (ч = 010)) а (ДИАМэвзмюз -> та* а (Тв = 1).

СБг <=>{31, 202}=>{ГЬ - трехкул. патрон норм, точное

ОК2 о {(5Т]Н'11 ,Ка5],61)[Ш 2Да10],8(Щ1а10],90[Н12Да ГО]),(ПШ]Т1а1Т)],201101Я 20120[Яа 10],20200[Ка5]} =>{СТг - токарно-винторезный ЧПУ(16К20ФЗ)}.

Примечание: элементы 80 и 90 не оказывают влияния на процесс базирован

Рис. 2

Токарная

41 <=> ХУ2: (РЭВ4М>15* РЭВ4Ш15) л Л(ОО15 = МЕХ).

_У_

т.к. Оо15=МЕХ2,(ш=2)>1 то 51 по правилу РУЗ: ТБРЭВ4Ь015 О ЭВ5М10 [(ЭВ5Н0Ю б {ЭПС}, О = 010) < (я = 015)) л

л (ДОПэв5ьою ->тт) л л(Тв(ТБоо!5=100) = 1).

30 о ХУЗ;

(рэвзь015=рэвзго15)л

(Оон = МЕХ) л (КСВ = 0).

_Ц_

т.к. Оо15=МЕХ1,(т=2)>1, то 51 по правилу РУЗ: ТБРЭВЗМ)15 <=> ЭВ5Ы>10 [(ЭВ5Н0Ю е {ЭПС}, о = 010) < (я = 015)) л а СДОПэв»ою->>тт) л а (Тв(ТБоо)5= 100) = 1).

СБз <=>{51, 100} :=> {Пз - трехкул. патрон норм, точности};

Жз о {(ЗОСЬМ.ЯаЮ], 41[Ы0Да5], 70[Я,10]), (201[Яа5], 210[Яа10], 300[Яа10])} =>{СТз - токарно-винторезныи ЧПУ(16К20ФЗ)}.

[римечание: элемент 70 не оказывает влияния на процесс базирования.

Круглошлифовальная

40 о ХУ4: (РЭВ4Ь020 = РЭВ4Ш20) А (О020 = МЕХ) А а (КСВ > 0, [1]) а (Е ЭВТуп = 0,1 < 020).

1]

т.к. ЭВТ5Ш25е{ЭПС},0=025)>(я=020),то 51 по правилу РУ6: ТБрэв4ъо2о»ЭВ5ьою[(ЭВ5ьо1о = ЭВТ5(г-1)010, 0=010)<(я=020))л(Т. = 1).

100

СБ4 <=> {51, 100} => {П4 - техкул. патрон повыш. точности};

1|2001 0К4 ^ {(4°[Р6> Яа 1,25]),(200[Яа2,5])} => {СТ4 - круглопши-I*-' фовальный (ЗТ160)}

Внутрншлифовалъная

^4(Г) I 200 ¥

50оХУ5: (РЭВ5ьо25=РЭВ5го25)а(ОО25= =МЕХ)л(КСВ>0,[1])л(2ЭВТуп>0,1<025)л а(ЭВТ4го2о е {ЭПС}, (¡=020) < (д=025)).

и

/ 0,05 А

40 по правилу РУ7: ТБрэв5ьо25 о ЭВ4ьо2о 1(ЭВ4П020 = ЭВТ4И22,ЙЕ020) < (3=025)).Л . л(ЭВ4М2ое {ЭПС})л(Тв(ТВРэвт4но:о)= 1).

СБ5 <=> {40, 200} => {ГЪ - цанг. патр. повыш. точности}; ОК5<=> {50[Н7Да1,251} => {СТ5-внутришлиф.(ЗК227В)}. Окончание рис.2

использования элемента, выбранного ЭВМ, в качестве технологической базы.

Реализация методики с указанием некоторых моделей характеристик элемеи правил представлена на рис. 2.

Описанная методика представлена в работе в виде алгоритма, состоящего блок-схем, на общий вход которых подается 7 массивов переменных. Алгоритм усматривает проведение назначения технологических баз элементов вращения от пс ней операции ТП к первой и обеспечивает выполнение принятых критериев рацис ности. Алгоритм реализован в виде программного модуля САПР ТМО, записанно языке "Си" и отлаженного на 1ВМ РС АТ 486.

Автоматизация синтеза технологических требований взаимного расположен!! ментов, анализа возможности их выполнения и расчета диаметральных размеров. I-дования показали, что в рамках САПР ТП для оценки надежности ТП по обеспе1 технических требований взаимного расположения, предъявляемых к элементам вран определения неравномерности припусков и расчета операционных диаметральных \ ров необходимо использовать метод составления и решения уравнений соответству размерных цепей, для выявления которых используется метод построения (синтеза мерных схем ТВР, который в свою очередь еще не был автоматизирован.

Как показали исследования для точной оценки возможности выполнения кош торских ТВР необходимо учитывать остаточные биения (несоосности), т.к. имени оказывают непосредственное влияние на выполнение технических требований, осо для деталей приборостроения, в которых технические требования значительно "жест сравнению с деталями машиностроения. При этом построение размерных схем ТВР биений) целесообразно проводить относительно базы обработки, в качестве ко использована ось шпинделя каждой операции ТП, а не относительно базовой пс ности. Это связано с тем, что вектора биений базовых (код 2), обрабатываемых (ко обработанных (код 4) поверхностей на каждой операции направлены от базы обра этой операции к соответствующей поверхности, а в заготовке (литье или штамг вектора биений направлены от идеальной оси заготовки к поверхностям (код 1), чаемым в заготовке. Это позволяет учесть погрешности базирования, имеющиес установке деталей класса "Тела вращения", учесть остаточные биения, упростить по> ние размерной схемы биений, улучшить ее восприятие и упростить выявление и ] размерных цепей биений.

В условиях САПР ТП размерную схему биений можно представить массивом для формирования которого разработан специальный алгоритм. Массив форми] автоматически на второй стадии четвертого уровня проектирования. Реализация этапа проектирования показана на рис. 3.

После формирования данных о синтезированной схеме биений в массиве б проводится автоматизированный расчет допустимых биений (вторая стадия пятого у

о ч а со 2 "О я аз Э "5' ж П> Ы И-1 £ о аз й м а Код элемента Номер шемента я т О >-11 о аз 2 сг> о я ^ о Я Я 23 Я л м 2 п

1,414 О 1 31 5 31005

1,414 О 1 42 5 42005

1,609 О 1 61 5 61005

0,482 о 2 31 10 31010

2,196 о 3 61 10 61010

0,132 61 4 60 10 60010

0,109 61 4 51 10 51010

0,158 о 2 51 15 51015

0,519 о 3 31 15 31015

0,031 31 4 30 15 30015

2,066 о 3 42 15 42015

С(,083 42 4 41 15 41015

0,102 О 2 51 20 51020

С),206 о 3 41 20 41020

0,006 41 4 40 20 40020

0,025 О 2 40 25 40025

0,105 о 3 51 25 51025

0,003 51 4 50 25 50025

О О О О О О

о о О О О О

Т—31005 1 г—42005 Ír-61005 -31010

0 рбЮЮ ® J—60010

-51010

-51015 -31015 g I—30015 -42015 _ -41015 T-51020 11—41020 ¿-40020

"p-40025

1 [-51025 i—50025

проектирования) по разработанному технологическому алгоритму на основе справо данных и известных в литературе формул. Для обрабатываемых элементов (код 3) , ритмом предусмотрено автоматическое составление размерных цепей биений с их п дующим расчетом и учетом векторных свойств составляющих звеньев. Для обработа элементов (код 4) расчет биений проводится с помощью коэффициента уточнения, занного в справочной литературе. На этом формирование массива технологических ний заканчивается (см. рис. 3).

При анализе возможности обеспечения технических требований рассчитыва ожидаемые величины биений между взаимозависимыми поверхностями и сравниваю заданными конструктором. Для этого был разработан специальный алгоритм. При требования взаимного расположения считаются выполненными, а технологический цесс - надежным если выполняется условие: величины расчетных ТВР меньше либо р заданным. Если это условие не выполняется, то алгоритмом предусмотрен анализ вел составляющих биений и их влияния на рассчитываемые ТВР, который позволяет В1 соответствующие корректировки.

После того как установлена возможность обеспечения ТВР, заданных констр ром, проводится расчет межоперационных припусков и диаметров для элементов вр ния по разработанному алгоритму. Анализ технической литературы показывает, чтс чет межоперационных припусков й диаметров проводится на основе расчета минима. го припуска (?лшп), величина которого должна обеспечить нормальный процесс рез удаление неконтролируемых погрешностей формы, неравномерности припуска и по ние заданного качества поверхности. При этом величина 2тт определяется суммой компонент: высотой микронеровностей Я2 и глубиной дефектного слоя Ь, получе после предыдущей обработки поверхности, а также суммарным значением прос ственных отклонений етад, возникающих на рассматриваемой и предыдущих операц включающих неконтролируемые погрешности формы, т.е. неравномерностью прип Так как вектора совпадают по направлению, то можно определить величину еШах ка ловину арифметической разности между значениями биений обрабатываемого (код обработанного (код 4) элементов вращения.

Проведенные исследования показали, что межоперационные диаметры целе' разно определять, выделяя "чистовую" зону обработки и рассчитывая внутриопера1 ные (межпереходные) диаметры, иначе могут быть неучтены причины, приводящие явлению напуска. Для этих случаев расчет еШад ведется с использованием коэффищ уточнения, а также с учетом погрешности индексации инструментального приспособ; для станков с автоматическим циклом работы, в том числе станков с ЧНУ.

Расчетные значения промежуточных межпереходных и межоперационных Д1 тров для каждого элемента вращения вычисляются по известным формулам. Как пок;

зеденные исследования и технологическая практика поверхности вращения в своих межуточных и, как правило, окончательных состояниях выполняются по посадке h(H),

номинальное значение диаметра для "вала" совпадает с максимальным, а для ерстня" - с минимальным значением диаметра. Поэтому эти формулы претерпели >торые изменения, которые отражены в работе.

Заканчивается расчет вычислением фактических значений минимального и макси->ного припусков для каждого элемента в каждой операции по известным формулам.

Вышеописанные методики синтеза технологических ТВР, их расчета и анализа воз-ности обеспечения технических требований, расчета межпереходных и межопераци->ix диаметров и припусков использованы при разработке блоков размерного синтеза и [нза в САПР технологических процессов изготовления деталей класса "Тела враще-, которые позволяют проводить оценку точностной надежности и метрологическую стацию проектируемого процесса уже на стадии проектирования. Разработанные ологические алгоритмы реализованы в виде программных модулей САПР ТМО, за-нных на языке "Си" и отлаженных на IBM PC AT 486.

Задатчик малых линейных перемещений. Для экспериментальной проверки метода печения точностной надежности ТП и оценки фактического влияния ошибок базиро-я на точность механической обработки предложено фотоэлектрическое устройство, оляющее задавать весьма малые перемещения. Это устройство по принципу действия вано на закономерностях преобразования пространства подвижными плоскими зер-ми. Для его построения использованы системы с двумя или тремя зеркалами.

Зеркальные измерительные преобразователи имеют характерную конструктивную енность: они не только не увеличивают габариты системы, а напротив, приводят к ьшению их путем излома оптической оси объектива. Помимо основной функции альный измерительный преобразователь может быть использован в качестве обора-ющей системы.

Для регистрации положения изображения предложено использовать позиционно-гвительные фотоприемники - ПЧФП. Они обеспечивают очень высокую чувствитель-ь - доли микрометра - и достаточно широкий диапазон, измерения малых перемеще-• до трех миллиметров. ПЧФП промышленного изготовления имеется сейчас в доста-ом количестве и нет проблемы выбора их в качестве устройств индикации и отсчета, датчике малых линейных перемещений предложено использовать ПЧФП моделей М42-01 иВРх90.

Для практической реализации названных положений предложена схема'компара-линейных перемещений. Устройства этого типа позволяют моделировать ошибки эования в интервалах от 0,5 микрометра до 0,5 миллиметра и более. Их использова-

нне не связано с изготовлением особо точных приспособлений. Точность достигаете счет эффекта оптического преобразования перемещений. При этом в устройстве, о щенном системой из двух зеркал, зеркальная система должна быть сориентирован! направлению измерения, а в устройстве, оснащенном системой из трех зеркал, при и ренни не предъявляется строгих требований к ориентации зеркальной системы.

Такие оптико-электронные устройства, оснащенные зеркальными системам! двух или трех зеркал, могут быть использованы на станках типа "ОЦ" для контроля вильности базирования и автоматизации процесса базирования или выверки полож заготовки на станке.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследования деталей класса "Тела вращения" и технологических процессо изготовления позволили обосновать и разработать пятиуровневую модель проектор ния маршрута ТП изготовления деталей класса "Тела вращения", пригодную для усл< автоматизированного производства и обеспечивающую оценку ожидаемой точности ходных параметров ТП на стадии его проектирования.

2. На основе исследований размерных схем технологических процессов устанс но, что выбор направляющей (двойной направляющей) базы на операциях ТП завис! следующих факторов:

- состояния базируемого элемента;

- наличия у базируемого элемента ТВР с другим элементом (другими элементау

- состояния элементов, имеющих ТВР с базируемым, к рассматриваемому мом времени;

- систем базирования заготовки на всех, а не только проектируемой, опера технологического процесса.

3. Обоснована необходимость в условиях САПР ТП проводить выбор направ щих (двойных направляющих) баз от последней операции ТП, что резко сокращает о передаваемой информации и количество обратных связей.

4. Разработана и доведена до программной реализации формализованная мете выбора направляющих (двойных направляющих) баз, обеспечивающая мпнимнз; погрешности базирования и минимизацию количества направляющих (двойных на! ляющих) баз на операциях ТП, а также минимизацию колебания припусков для обраб элементов вращения.

5. Разработана и доведена до программной реализации формализованная мете оценки возможности выполнения технических требований чертежа на стадии авто» знрованного проектирования ТП включающая:

- автоматическое посгроенис необходимой размерной схемы технологического оцесса;

- автоматический расчет величин ТВР для каждой операции и их сравнение с данными конструктором;

- автоматизированный анализ результатов возможности выполнения заданных ебований взаимного расположения и при необходимости диалоговую корректировку оектируемого технологического процесса.

6. Разработана и доведена до программной реализации формализованная методика :чета межоперационных и межпереходных припусков и диаметральных размеров.

7. Использование разработанных методик сокращает сроки ТИП, обеспечивает енку точностной надежности обработки на стадии проектирования ТП, что позволяет пить материальные затраты на внедрение ТП в производство и повышает надежность снологических процессов по параметрам точности.

8. Предложен оптико-электронный метод натурной аттестации ТП, позволяющий эводить оценку точности обработки и моделировать ситуации с наличием погрешности шрования.

9. Результаты работы реализованы в САПР ТП (САПР ТМО), разработанной и пс-чьзуемой в учебном процессе на кафедре ТАМ СЗПИ, что позволило повысить каче-ю освоения студентами таких дисциплин как "Основы технологии машиностроения", гхнология машиностроения" и "САПР ТП" и использовать эти разработки в курсовом ипломном проектировании.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бородянский В.И., Помпеев К.П. Автоматизация технологической подготовки 5кнх производственных систем механообработки / Проблемы автоматизации техноло-геских процессов в машиностроении: Тезисы докладов на Межреспубликанской науч-технической конференции, Волгоград, 1989.

2. Бородянский В.И., Афанасьев A.M., Помпеев К.П. Обеспечение надежности «ционирования ГПС на стадии проектирования технологических процессов / Состоя-

опыт и направления работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и : Тезисы докладов на зональном семинаре, Пенза, 1989.

3. Бородянский В.И., Помпеев К.П. Система автоматизированного размерно-костного проектирования технологических процессов / Автоматизация технологиче-.ш.проектирования: Тезисы докладов на зональной научно-технической конференции,, «а, 1989.

4. Помпеев К.П., Бородянский В.И. Автоматизация размерного синтеза в С технологических процессов ГПС / САПР и надежность автоматизированного прои ства в машиностроении: Тезисы докладов на 4-й Дальневосточной научно-технич< конференции, Владивосток, 1990.

5. Бородянский В.И., Муцянко В.И., Помпеев К.П. Технологические основы матизации синтеза требований взаимного расположения элементов обрабатыва детали в САПР ТП - Библ. указатель ВИНИТИ, Депонированные научные работы, 1991..

6. Помпеев К.П. Формализация анализа возможности выполнения технич! требований чертежа и расчета диаметральных размеров / Машиностроение и автома ция производства: Межвузовский сборник, СПб.: СЗПИ, 1993.

7. Бородянский В.Й\у- Помпеев К.П., Тимофеев Д.Ю. Автоматизация разм! точностного проектирования технологических процессов / Машиностроение и авто! зация производства: Межвуз сборник, СПб.: СЗПИ, 1993.

8. Помпеев К.П., Бородянский В.И. Технологические основы формализации цесса базирования деталей класса тела вращения / Машиностроение и автомата: производства: Межвузовский сборник, вып 1, СПб.: СЗПИ, 1996.

9. Бородянский В.И., Помпеев К.П. Особенности базирования при пзготов: деталей в условиях автоматизированного производства / Машиностроение и автома ция производства: Межвузовский сборник, выпуск 4, СПб.: СЗПИ, 1996.

ПОМПЕЕВ КИРИЛЛ ПАВЛОВИЧ

МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ

ОБРАБОТКИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА

АВТОРЕФЕРАТ

_ЛР№ 020308 от 14.02.97_

Подписано в печать 12.11.97. Формат60х84 'А6.

Бумага офсетная. П.л. 1. Б.л.0,6. РТП РИО СЗПИ

Тираж 70. Заказ 756.

Редакционно-издательский отдел Северо-Западный заочный политехнический институт 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5