автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Методика создания информационной среды подсистемы проектирования технологического оснащения производства двигательных установок и агрегатов летательных аппаратов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

"МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № /У

ИОСИФОВ Павел Андреевич

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ ПОДСИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЭСНА1ЦЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И АГРЕГАТОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность: 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2001

Работа выполнена на кафедре "Стартовые комплексы" "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского.

Научный руководитель:

-доктор технических наук, доцент ЦЫРКОВ А.В.

Официальные оппоненты:

- заслуженный машиностроитель РФ, доктор технических наук, профессор КРЫМОВ В.В.

- кандидат технических наук, доцент КУЗНЕЦОВ П.М.

Ведущее предприятие: ММП им. В.В. Чернышева

Защита состоится "_" марта 2001 года в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.110.02 "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского по адресу: 109240, г. Москва, Берниковская наб., д. 14, стр. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 121552, г. Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.З, Диссертационный совет Д 212.110.02 "МАТИ" - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского

Автореферат разослан "_" февраля 2001 года

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.110.02 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

В условиях, когда между промышленными предприятиями существует конку-енция, когда они вынуждены снижать серийность, расширять номенклатуру изде-ий, предлагать модификации, а иногда переходить на позаказное производство для цовлетворения индивидуальных потребностей, необходимо стремится к сокраще-ию сроков подготовки производства. Эта задача может решаться посредством ав-эматизации процессов информационного сопровождения этапов технологической одготовки производства (ТПП).

Наиболее существенными вопросами, подлежащими проработке и обеспечившими решение поставленной задачи, являются:

• интеграция в информационной среде результатов конструкторского и техно-эгического проектирования, обеспечивающая коллективное использование данных, згласованное решение отдельных задач на этапах подготовки производства - это эзволит избежать дублирования информации, что сократит затраты и сроки реше-ля задач ТПП;

• создание технологических банков и баз знаний - это обеспечит получение £)фективных решений, сохранение опыта и технологических традиций предприятия;

• имитационное моделирование - повысит оперативность при проверке пра-шьности принятых решений, что предотвратит затраты, связанные с принятием дибочных решений, не доводя их до реализации.

В связи с этим, актуальной задачей является создание информационной среды юектирующих подсистем технологической подготовки производства при изготов-:нии двигательных установок (ДУ) и агрегатов летательных аппаратов (ЛА), по-роенной на принципах единства конструкторской и технологической информации универсальности методик моделирования.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Повышение эффективности и сокращение сроков отологической подготовки производства ДУ и агрегатов ЛА за счет разработки и гедрения методики построения информационной среды подсистемы проектирова-гя технологического оснащения.

Предметная область исследований охватывает:

• системы и средства автоматизированной подготовки производства;

• технологические процессы проектирования и информационного обеспече-[я производства двигательных установок и агрегатов ЛА, включая методы и сред-ва математического моделирования, автоматизированного проектирования техно-тических процессов (ТП) и средств технологического оснащения (СТО).

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, выдвигаемые на защиту.

1. Методика построения информационных моделей технологических систем юизводственных подразделений двигателестроительных и агрегатных предпри-ий.

2. Методика принятия решений при проектировании элементов технологиче-ого оснащения.

3. Взаимосвязанные решения типовых задач проектирования ТП и приспособ-ний для металлорежущих станков.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в следующем:

1. Разработана модель информационной среды, включающая технологическую |дель изделия, модели технологических систем и результаты технологического

проектирования на основе аппарата структурно-параметрического моделирования.

2. Предложена единая форма представления результатов проектирования: технологических процессов и средств технологического оснащения, позволяющая унифицировать инструментальные средства и уменьшить количество итераций при технологическом проектировании.

3. Разработана модель базы технических решений (порождающая среда) по средствам технологического оснащения, отличающаяся возможностью привлечения к разработке информационного обеспечения подсистемы проектирования непрограммирующих специалистов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Полученные в работе результаты обоснованы методами теории иерархических систем, теории графов, объектно-ориентированного подхода в информатике, вычислительными экспериментами при анализе предварительных результатов, а также аппаратом имитационного моделирования, используемым для оценки проектных решений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Разработан алгоритм решения типовой задачи проектирования средств технологического оснащения.

2. Подсистема проектирования элементов СТО имеет модульный принцип построения, обеспечивающий возможность поэтапной автоматизации процесса проектирования.

3. Предложены формы представления результатов решения задач ТПП в виде ЗО-схем, анимационных материалов.

Результаты исследований использованы в научно-исследовательских работах:

1. "Разработка концепции построения информационной среды АСТПП для производства изделий РКТ" (№40-АК/9) в рамках программы "Базис 2" (Гос. контракт №032-5406/99, выполняемый по заказу Российского авиационно-космического агентства);

2. Гранты Министерства образования РФ: "Разработка методического обеспечения и информационных моделей сопровождения машиностроительных изделий на производственных стадиях жизненного цикла"; "Разработка методик и инструментальных средств моделирования производства машиностроительных изделий на различных стадиях жизненного цикла";

Экспериментальная отработка элементов методики проводилась при опытной эксплуатации комплекса инструментальных средств конструкторско-технологического проектирования на трех предприятиях отрасли.

В учебном процессе МАТИ им. К.Э. Циолковского используются материалы исследований при изучении дисциплин "Автоматизированные системы технологической подготовки производства", а также при курсовом и дипломном проектировании по направлению "Авиа- и ракетостроение".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертации отражено в 6 публикациях. Результаты работы докладывались на 3 всероссийских и вузовских научно-технических конференциях.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы ( 126 наименований); изложена на 155 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснованы актуальность решаемой задачи и направления юследований; определена цель работы; показаны научная новизна, практическая 1енность и реализация результатов, а также представлена краткая аннотация по гла-¡ам диссертации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ "Анализ направлений автоматизации технологической [одготовки производства" рассматриваются распространенные системы автоматиза-(ии ТПП и работы научных школ: "СТАНКИНа", "МАИ", "МАТИ", "НИЦ АСК", НИИ ИНТЕРМЕХ" (Минск), "ММПП Салют", а также разработки зарубежных ком-[аний: Autodesk, IBM/Dassault Systems, Urographies Solution. Выявлены особенности юстроения информационных систем технологической подготовки производства. Остановлено, что рациональность получаемых технологических решений может ¡ыть повышена при помощи универсализации средств моделирования производст-енных стадий жизненного цикла изделия, обеспечивающих их адаптацию к техно-огическому объекту.

Особенности развития средств автоматизации технологического проектирова-;ия с одной стороны и материально-технические возможности предприятий с другой тороны определили современное состояние автоматизации процессов информаци-нного сопровождения технологической подготовки производства. Оно характери-уется большим разнообразием применяемых программных комплексов (ТехноПро, ^итеп, T-Flex, ACAD, Рапорт, собственные разработки подразделений), методик ре-гения задач, обслуживающих информационных систем.

Общим недостатком существующих систем являются сложности при их инте-рации в единую систему подготовки производства. Существующие системы созда-ались как самостоятельные программные продукты, поэтому их интеграция с дру-ими, столь же самостоятельными продуктами, требует доработок как одних так и ругих. Необходимо разрабатывать методики решения технологических задач и про-раммно-математический аппарат, способные функционировать в условиях гетеро-гнной программно-информационной среды.

Комплексные системы автоматизированной подготовки производства должны ключать в себя наряду с подсистемами проектирования ТП и подсистемы автомати-ированного проектирования технологической оснастки, в том числе и станочных риспособлений. Данные подсистемы позволят не только экономить временные ре-урсы на оснащение производства, но и подготавливать технологическую докумен-ацию в виде объемных схем или интерактивных документов по монтажу приспо-эблений, наладки технологической операции, установке и закреплению заготовок. Данные возможности позволяют сократить время необходимое для понимания кон-грукции приспособления, четко сформулировать порядок установки заготовки в риспособление. По сравнению с текстовым описанием данный вид документов (в яде иллюстраций) является более информативным.

По результатам исследований выполнена постановка, решаемых в работе за-

зч :

• разработать методику построения информационной среды подсистемы про-сгирования технологического оснащения производства ДУ и агрегатов JIA;

• разработать модель решения типовой задачи - проектирование технологиче-

ской оснастки, реализующую модульный принцип построения системы проектирования;

• разработать методику анализа принятия технических решений, в том числе методами имитационного моделирования.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ "Разработка модели информационной среды" рассматривается структура информационной среды подсистемы ТПП, представляющая собой совокупность следующих информационных моделей (рис. 1):

- информационной модели изделия;

- модели маршрутного технологического процесса, как объединения локальных задач технологического проектирования;

- технологической модели изделия;

- моделей технологических систем;

- модели операционного технологического процесса;

- модели технологической оснастки.

Все модели построены по единой методологии - средствами аппарата структурно-параметрического моделирования. Модель объекта проектирования представляется комбинацией четырнадцати структур

= з.Д&з.^дЛя^Д™), 0)

построенных на трех базовых множествах: А= { щ..... а,,} - множество элементов

моделируемого объекта; ■■■,/„} - множество контуров (свойств) элементов;

{ п\,..., й/} - множество параметров элементов; Я - отношениях, определенных на множествах элементов, их свойствах и параметрическом множестве.

Для решения задачи построения информационной среды подсистемы проектирования более подробно исследовались структуры: - определяющая функциональные взаимосвязи между элементами объекта; - являющаяся отображением внешних процедур (р).

Анализ мелкосерийного и опытного производства деталей агрегатов и ДУ ЛА, позволил установить следующую специфическую особенность: в ряде случаев для обеспечения требуемого уровня надежности узлов и агрегатов вместе с заготовками деталей проходят обработку и специальные образцы, выполненные из одного и того же материала (из одного прутка, листа и т.д.), что и заготовка, для проведения в процессе изготовления механических испытаний, в процессе которых происходит полное или частичное разрушение образцов. При этом маршрутный ТП изготовления деталей имеет не линейную, а разветвляющуюся структуру, одной из ветвей которой является подпроцесс испытаний образцов.

Информационная модель изделия представляется в виде древовидной структуры, содержащей: конструкторскую, технологическую и функциональную информацию. Элементам модели изделия ставятся в соответствие технологические маршруты (маршрутные технологические процессы). Технологические маршруты объединяют модель решения задачи технологического проектирования. Модель задачи технологического проектирования включает: модель процедуры (проектирование ТП, проектирование СТО), технологическую модель изделия (ТМИ), модели технологических систем, модель технологического процесса, модели технологической оснастки.

Информационная модель изделия

Ш

Двигатель иэд 99~)

-(Ul) Компрессор низкого давления")

-<[At1JРотор КЯД~)

•-(fAU1J Уэвп передней цапфы ')

-([А1111) Передняя цапфа

-(^1112) Лабирикт^)

—({МПЗ) Штифты^)

-(|Л112) Умп первой ступени")

>-Диск пср&ой ступени^)

г -■ По пятки ротор» первой ступени)

(Ш123) Балансироючкый груа) -—([АТ13| Уэеп второй ступени^)

—Коробд* приводов А в

агрлгзтов

с агрегатами)

--крышка^)

•-корпус)

---^А53} nappHtfroaao прокладка)

-ммодиой мп к ВКа)

—((А55) шестеренные передачи}

---мп привод» ДЦкГ)

--i^A5-3J фланец крепления маочоагрегупГ)

Технологическая модель изделия

/ [А1] Деталь )

-(1А111ЭОГ1)

-(А12] Базовые поверхности)

■-Поверхности фиксации)

Модели технологических систем

Рис. 1. Структура информационной среды

При реализации процедуры проектирования ТП в работе рассматривалась сетевая модель производственной системы с конъюнктивным выбором элементов входящих в решение, реализованная средствами СПМ. При этом структурные взаимосвязи между элементами производственной системы: операции, оборудование, инструмент, приспособления - описываются внутри объекта; а количественные взаимосвязи могут быть определены внутри элементов. Передача информации для расчета технологических параметров организуется между структурно-параметрическими базами, содержащими технологическую модель изделия и модель производственной системы (рис. 2).

Модель решения задачи технологического проектирования средств оснащения построена следующим образом: 1 - элементарно обрабатываемым поверхностям (ЭОП), для которых при проектировании ТП не удалось выбрать универсальную оснастку, сопоставляются наборы базовых и фиксирующих поверхностей, образующие схему базирования; 2 - элементам схем базирования соответствуют элементы конструкции приспособлений; таким образом, для каждой ЭОП получается некоторое множество вариантов решений; 3 - технологические ограничения на обработку и условия объединения элементарно обрабатываемых поверхностей по переходам устраняют недопустимые решения; 4 - выполняется объединение решений полученных для различных ЭОП как одной детали, так и однотипных деталей.

Таким образом, полученная модель приспособления может быть взаимосвязана с операциями не только одного ТП изготовления детали, а с операциями разных ТП.

Анализ схем базирования, применимых для 24 ЭОП позволил установить четыре комплекта баз, которые обеспечивают определенность базирования. Анализ деталей выявил 15 основных установочных схем. Функциональное (структурное) моделирование определило 56 допустимых вариантов конструктивных схем станочных приспособлений, реализация которых может быть осуществлена 114 элементами (типовыми деталями и узлами), в том числе 22 базовыми, 47 корпусными, 16 установочными, 4 направляющими, 25 зажимными.

Функциональное моделирование приспособления осуществлялось при помощи сетевой математической модели структурного проектирования. При этом анализ свойств решений проводится по смешанной конъюнктивно-дизъюнктивной модели. Фрагмент матрицы свойств, графа взаимосвязи элементов приспособлений и варианты получаемых решений представлены на рис. 3. Матрица состава контуров состоит из трех групп: первая (/] - /5) - контуры вида обработки, вторая (/6 ~/ц) -контуры функциональных свойств базирования элементов приспособления и третья группа (/12 -/19) - контуры особенностей конструктивных схем приспособлений, технологических ограничений. Состав контуров, которые могут быть реализованы в оснастке, определяется как конъюнкция состава контуров первой группы и дизъюнкция состава контуров второй и третей групп элементов приспособления, входящих в проектное решение.

Вектор свойств, определяющий структуру приспособления для координатно-расточной операции с учетом особенностей вертикального координатно-расточного станка может выглядеть следующим образом = 0100000000001010011.

■ 3 Kim» owofi«

2J ТОКАРНАЯ П0®*ЖА IOPJA Ч(РНСв*Я

- а »owmwi по ff* ли гоям чнсгоия

• Л ТОWftUÄ ТОЧЕНИС MEPHOiOt -2) юмж«я точЕмие чистовое Э tWAhv« РЙ£Т*ЧМЖИС чемяое

- ^ TOKAAWt МСТ«ЧН1АНМ ЧИСГСВОЕ

- [¿J lOKAPHtf fVOFEJ^Ht МНМКИ

- а «ЗЫОН»Р£Э*Я HWVMWE KMU

' 3 ТОКЛММ тонок reWiHHE -^ШРПИГкНкА UEH1PQMA

□ остилмыя С8ЕРЛСНИС 0Г8СРСГИЙ

- 3 ОЕИМЛЬНДЯ JtKCtroiWH ОТКРСТКЙ

- СЛ аСРЯИПШАЛ РАЖРТЫМК« ОГКРЯНЯ

- з XPWÄ »PI ЖИЖ*»« ЧЕРНОГО!

*«Ж»0в4МИСЧ<Т0е0Е --кПиФ0М1ьн*Я ШПИ9СЙАННС иСРИОвОС

-С^СКРЛИЛШЫЙСЧПиМНМП -ГЩпк гчпиилылппг ЗфРЕХРНЫЙСЧПу

^ОЕРГМПёНыЙ с чпи вита «о

snc*. t ч*» MCW-I v»

ÜPi 3btOH«>t кзй "VJbtPOMM* ЭШЛИФ08АЛЫ4ЫЙ V« ЗаЯЭЕИ ПОЛРЕЗНОЯ Т«ю

« * * о • «ffcjü^ff'-üJ.ä 7» »»ö О А • * Ог^'О!^«.:1!^*

rt foff »YA^iTS^OiftMir'ftgfe'ii*

, I . ...... - ж

Й2"«55гр»® а« о в J

СЭячжипвсм! ЯОйО йООС О М#

ЬЭЗгРЕХбОВС в от

Я Odo * а о а sj

1*я:.х> • o d,о г^с о о -а йло

ЙО • Q ö-ö О 4«б«в

4.

woooq»Ö<? о » * +

'Würfi»'?*

tl * м«м

• Щ J J • * Q О I) о Э ..о •

ci О <VO »»«■•■ •':!«* KIWii*!:

• » П П • • <1 <?•*. а tö «я *

• f n**«fl»*« •« <V9i*»llll«« •

• + 4 а- * * * о

tAltitn »VC*.:

•mv »*oi»cso j«)*i

• •0О»*ЙйО о * *

ооо «ab о о * * оьо'о о о «fc, о • » ©..os«.:«:

*tO»t*ll • «

'ЭЛЕМЕНТЫ

ЭЛ1ЛГО?ТЬХСД ЛШшан*** япрпор ^ t.i.nn i .Пщ^^тбПяЪГЯЙ^яая jfl Эц Я

:ШЯШГГ-«03 ЛОЛ--ЛАМ-ТОКАРНАЯ ПОДРЕЗКА 1 JA Л-^

оОЗ /Щ ГПГЛРМА«гтптгепг* ТПРПА"" -

зти&хт c« KOR кмл токариля Tonate. четэв ¿«s^ ^.и^п^дьпи __4

ЭЛ2ЛШ?Г-с05 ЛОД= ТОКАРНАЯ ТОЧЕИД ..-i "*

Рис.2. Схема организации процедуры проектирования технологических процессов

Вид обработки Базы Технологические особенности

Точение 1 | Фрезерование, растачивание | 1 Сверление, зенкерование Плоское шлифование Круглое шлифование £ ъ ев о я л £ Направляющая 1 1 ¡5. о В к 1 К 5 С. С к X к « а 1 Двойная опорная , Зажимные элементы Неограниченная базовая ПЛОСКОСТЬ 1 Ограниченная базовая | плоскость Базовая плоскость перпендикулярна плоскости стала Внешняя базовая цилиндрическая поверхность Базовая поверхность отверстие Поворот стола станка в | процессе обработки детали Обеспечение выхода инструмента 'Закрепление заготовки по плоскости

л к Гз Й /5 Г' г. Г» Гп Гг. /и Гп Гн Гп л»

Плита прямоугольная о\ • • • 9 • • •

Плита круглая ог • • • « • • • •

Призма подкладная <Ъ • • • • • • • •

Планка сц • • • • • •

Призма подвижная аь • • • • • • •

Подкладка или набор подкладок Об • • • • • * • •

Прижим ОТ « • • • • • •

Прижим вильчатый а» • • « • • • •

Угольник а9 • « • «

Палец установочный, цнлиндрмче скиЙ а\й • • • • • • « •

Палец срезанный аи • • • • • • • •

о)

!нформационный вектор, полученный пост выбора элементов приспособления по 1ервой и третей группе - Р'(А), = 0100010101101010011. Анализ второй группы по-¡воляет установить, что определенность базирования достигнута. Граф элементов ;труктурной схемы приспособления и геометрическая интерпретация конструктив-юй схемы приведены на рис. 3, в. Технологические особенности аналогичной опе-)ации на многоцелевом обрабатывающем центре формируют следующий набор :войств Р(А)2 = 0100000000001101101. Полученное решение (рис. 3, г), обладает свойствами £"(Л)2 = 0100010101101101101.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ "Методика проектирования средств технологического )снащения" проводится анализ задачи проектирования СТО.

Рассматривая процесс моделирования технологической системы «деталь -триспособление», можно выделить следующие этапы (рис. 4):

1. Формирование технологической модели детали.

2. Выбор конструктивной схемы и состава элементов приспособления.

3. Компоновка приспособления.

4. Параметрическая увязка элементов приспособления и детали (заготовки).

На первом этапе происходит сопоставление ЭОП базовых и фиксирующих поверхностей, т.е. осуществляется формирование схемы базирования.

Рис. 4. Схема формирования технологической системы "деталь - приспособление"

И

Технологическое оснащение производства

Конструкторская документация

Технологическая документация

Проектирование технологической оснастки (приспособления)

Проеспод —► документация ш остшстку

Аппарат СПМ Конструкторская

графическая система

а).

С; Технологическое оснащение

Библиотека Библиотека стандартных

Аппарат СПМ стандартных схем элементов приспособления

в).

Рис. 5. Модульный подход к построению

С1 Технологическое оснащение

М1

Аппарат СПМ

б).

Конструкторская графическая система

Технологическое оснащение производства

расчетных схем Аппарат СПМ

г).

лете мы "Проектирование приспособлений"

Этап "Выбор конструктивной схемы и состава элементов приспособления" заключается в сопоставлении схеме базирования конструктивной схемы приспособления путем выбора элементов конструкции из существующих, по базам данных, и синтезом оригинальных деталей приспособления.

На третьем этапе "Компоновка приспособления" проверяются допустимые сочетания между собой элементов выбранного варианта реализации приспособления, определяются пространственные взаимосвязи, подбираются крепежные элементы для деталей приспособлений, выполняются функциональные расчеты (проводится анализ приспособления на удовлетворения условиям точности изготовления деталей, расчеты усилий фиксации и зажимных элементов).

Этап "Параметрическая увязка элементов приспособления и детали (заготовки)" может выполняться параллельно второму и третьему этапам. Создаются механизмы обратной связи между изделием и приспособлением для передачи геометрических, пространственных, функциональных параметров системы. Параметризация модели приспособления особенно эффективна при разработке технологической оснастки для группы деталей.

Анализ задачи "Проектирование приспособлений" позволил выделить подзадачи, оформленные в виде модулей подсистемы проектирования СТО (рис. 5). При определении структуры модулей системы проектирования средств технологического оснащения наряду с логической завершенностью алгоритмов математического обеспечения рассматривалась независимость (самостоятельность) элементов информационного обеспечения формируемых модулей. Это в целом позволяет при реализации предложенного принципа построения подсистемы осуществить постепенную автоматизацию процесса решения задачи, за счет объединения на начальных этапах создания подсистемы результатов "ручного" описания решений и решений полученных с помощью уже созданных модулей.

Модули подзадач «Расчет сил закрепления», «Размерный анализ» являются наиболее важными с технологической точки зрения обеспечения точностных требований обработки деталей и были рассмотрены в данной работе.

Расчет сил закрепления и зажимных устройств ведется по алгоритму как прямой, так и обратной задачи (рис. 6). При этом используются типовые модели расчетных случаев в соответствии с выбранной схемой базирования.

В общем случае, момент режущей силы Р уравновешивается моментом сил трения

^тр = ^тр.уст. ^тр.заж' (2)

где К4тр уст - момент сил трения на поверхностях контакта заготовки с установочными элементами; М^_заж_ - момент сил трения на поверхностях контакта заготовки с зажимными элементами.

А^тр уст и Л^тр заж суммируются из составляющих, соответствующих элементам "пятна контакта", в которых элементы моментов сил трения

= (3)

Я1 г

где /'- коэффициент трения, Р - площадь "пятна контакта" поверхности заготовки с элементом приспособления, д' = - нагрузка на "пятно контакта" под действием

фижимной силы Q, р = у х2 + у2 - плечо сил трения между поверхностями заготов-;и и элементами приспособления.

Модели типовых расчетных схем реализованы аппаратом структурно-гараметрического моделирования. Для расчета момента сил трения в элементе "пят-[а контакта" разработана внешняя процедура р^, позволяющая работать как с пятном контакта" произвольной конфигурации, так и с типовым "пятном" (прямо-тольник, круг, эллипс, треугольник, кольцо).

ар^л&Й^), (4)

■де И7 - тип "пятна контакта", ¿Р - множество параметров определяющих геометрию пятна".

Результаты расчетов позволяют выбрать и оценить конструкцию зажимных 'стройств, откорректировать технологические параметры (режимы резания) из усло-!ий надежного закрепления заготовки приспособления и сохранения устойчивости онкостенных заготовок, сминаемости заготовки.

При решении задачи размерного анализа формируется модель размерных свя-ей приспособления, которая может быть использована для решения различных рас-[етных задач. Например, для оценки точности ориентации обрабатываемых поверх-юстей детали относительно установочных элементов приспособления на станке, с 1елью расчета припуска на обработку. Построена модель взаимосвязи поверхностей [ контуров приспособления от установочных элементов приспособления на станке Ю обрабатываемых поверхностей (рис. 7). В отличие от плоскопараллельных раз-{ерных цепей, где легко определить состав увеличивающих и уменьшающих звень-:в, данная размерная цепь является многосвязанной, линейно-угловой и пространст-1енной. В векторной форме формулу для расчета величины номинального размера амыкающего звена можно определить следующим образом

(5)

_ _ <=1

де - вектор замыкающего звена, Z1 - вектор составляющего звена, 'асчет связанной пространственной размерной цепи может быть выполнен средст-;ами имитационного моделирования. Анализ такой цепи позволяет выявить наибо-юе значащие элементы цепи, точность которых в наибольшей степени влияет на |риентацию заготовки в пространстве.

Размерный анализ приспособления может проводиться в следующих целях: |ценка точности обработки заготовки (детали) в приспособлении, выдача рекомен-(аций по назначению припуска на обработку, выдача рекомендаций по назначению очностных требований при изготовлении элементов приспособления.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ "Экспериментальная отработка методики" приводят-я материалы по разработке информационного и методического обеспечений систе-1Ы проектирования приспособлений.

Разработана модель базы технологических решений, являющаяся объединени-м допустимых сочетаний вариантов реализации элементарно обрабатываемых поверхностей (уровень А), схем базирования (уровень В), конструктивных элементов 1снащения (уровень С) (рис. 8, а).

а) прямая задача

Рис. 6. Укрупненый алгоритм расчета зажимных устройств

а) Слой модели "внутренние узлы"

@ @ <5> ©

ф-ш-Ж у

X У 2

±о,о1(д5) 00 СО

<0,009 (Дз) со со

Г« 00 со М,01(Дб)

оо со

оо «да(дз) со

п . р 1 91 1 91 оо со

1одель размерных связей 1ента "угольник корпусной"

X У г

-р„ ОС сю

±0.0065(4,) йо 10,01(4.)

Р.. -Г,. оо 00 ±0.0065(4,)

К, -Ъ, ±0,0065(4,) 00 ±0,01(4.)

л, -р„ 00 со ±0,0065(4,)

Г„ - Р„ со ±0,01(4») ю

I',,- и,, оо ±0,01(АП) то

р* - (,, » со

в) Модель размерных связей элемента "спецдеталь"

Рис. 7. Модель размерных связей приспособления

а).

б).

Рис.8. Модель базы технологических решений

Модель элемента технологической оснастки включает: выбранный вариант )еализации конструктивной схемы (уровень С), детализацию исполнения конструк-гивной схемы (уровень О) и элементы решений по обеспечению компоновки при-;пособления в целом (уровень Е) (рис. 8, б).

Информационное обеспечение подсистемы проектирования средств техноло--ического оснащения составляют библиотеки типовых деталей и узлов, реализую-цие элементы конструктивных схем станочных приспособлений. Библиотеки орга-газуются в виде структурно-параметрических баз технологических решений. Определены четыре базы соответствующие основным группам операций по видам обра-Зотки (токарная, фрезерная, сверлильная) и база специальных решений. При проек-гировании сложных приспособлений могут использоваться все базы одновременно.

Для реализации процедур проектирования приспособлений разработан проект штерактивного интерфейса.

Результаты решения задачи «Проектирование приспособлений» могут быть гредставлены как в виде традиционных документов: сборочных чертежей, деталиро-юк, спецификаций, так и в виде ЗО-схем, анимационных технологических роликов, юзволяющих определить порядок сборки приспособления, установки и закрепления ;аготовок деталей в нем. Дальнейшее развитие разработанной методики позволит юрейти на представление ТП изготовления деталей в виде графических схем.

Экспериментальная отработка элементов методики проводилась при опытной жсплуатации комплекса инструментальных средств конструкторско-■ехнологического проектирования на трех предприятиях отрасли. Эффективность >азработок выражается в увеличении производительности труда при техническом фоектировании, сокращении сроков технологической подготовки производства в ,5-2,5 раза, что подтверждено технико-экономическими актами внедрения.

ВЫВОДЫ

Выполненные в работе исследования и их результаты позволили сделать слегшие выводы.

1. Анализ производства деталей позволил установить, что маршрутные техно-югические процессы могут иметь разветвляющуюся структуру. Особенности струк-уры маршрута обработки учтены в конфигурации информационной среды ТПП. 1олученные решения повышают гибкость (адаптивность) разработанной модели шформационной среды к реальным производственным условиям.

2. Информационная среда подсистемы технологической подготовки производ-ггва, построенная на основе аппарата структурно-параметрического моделирования, »беспечивает единую методологию представления моделей исходного объекта, по-юждающей среды и результатов проектирования.

3. Исследования структуры технологических решений при проектировании ехнологических процессов и средств технологического оснащения определили воз-южность применения единых процедур технологического проектирования. Общ-юсть процедур решения различных задач позволяет унифицировать инструменталь-[ые средства технологического проектирования, что сокращает затраты на автома-изацию процессов ТПП и подготовку специалистов, уменьшает количество итера-[ий при технологическом проектировании.

4. Результаты анализа схем базирования и типовых обрабатываемых поверхностей позволили построить классификационную схему элементов станочных приспособлений. Она содержит 24 элементарно обрабатываемых поверхности, 15 основных установочных схем, 114 типовых деталей и узлов, что покрывает до 85% решений при проектировании станочных приспособлений.

5. Предложены алгоритмы обработки информационных моделей, обеспечивающие основные этапы решения задачи проектирования средств технологического оснащения. Определена структура подсистемы проектирования приспособлений. Выполнены экспериментальные исследования, подтверждающие адекватность разработанных математических моделей и алгоритмов производственным объектам и процессам

6. Разработана методика построения (создания) информационной среды подсистемы технологической подготовки производства, допускающая модульный принцип построения (наращивания) программных и технических средств. Методика обеспечивает: во-первых, уменьшение интенсивности затрат на автоматизацию процессов проектирования, за счет ускорения возврата вложенных средств; во-вторых, возможность сохранения и адаптации технологических знаний в условиях гетерогенной программно-информационной среды.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях :

1.Цырков A.B., Иосифов П.А., Аронович П.Б. Автоматизированное проектирование элементов технологического оснащения. Депон. рукопись № Д08755 - М.: ВИМИ, 1998.- 11с.;

2. Цырков A.B., Иосифов П.А. Структуризация процесса разработки технологической оснастки при решении задачи распараллеливания информации при проектировании. Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. Вып. 3(75) - М.: Изд-во "ЛАТМЭС", 2000. -с.260-263

3. Цырков A.B., Иосифов П.А., Торпачев A.B. Разработка подсистем интегрированной АС 11111: В сб. Информационные технологии в проектировании и производстве. Вып.4. - М.: ВИМИ, 1998. - с. 53-59.

4. Иосифов П.А. Интеграция программных комплексов технологической подготовки производства. Новые материалы и технологии. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции. - М.: Изд-во "ЛАТМЭС", 2000 - с.151-152.

5. Цырков A.B., Иосифов П.А. САПР универсально-сборных приспособлений для механической обработки. Новые материалы и технологии. Тезисы докладов Российской научно-технической конференции. - М.: МАТИ-РГТУ, 1997. - с.27.

6. Иосифов П.А. Влияние технологической наследственности на свойства поверхности при комбинированной обработке. XX Гагаринские чтения. Тезисы докладов молодежной научно-технической конференции. -М.: МГАТУ, 1994. - с. 17.

Подписано в печать 25.01.2001 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Ротапринт МАТИ им. К.Э. Циолковского, Берниковская наб., д. 14, стр. 2