автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка метода отработки на технологичность деталей машин в условиях автоматизированного производства с применением технологии партнерских систем

■ / Г О / •• I "/

Ч/' V " / / ; у

министерство общего И-У ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО образования рф

московский государственны™ технический университет

"мами"

На правах рукописи

ВАН ХУН ПО

удк 621. 757

разработка метода отработки НА технологичность деталей машин в условиях автоматизированного производства с применением технологии партнерских систем

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

диссертация

на соискание ученой степей;

капли,Цота технических наук

Научный руководитель

профессор, к. т. н. В. В. Шандров

Научный консультант

доцент, к. т. н. М. В. Вартанов

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

введение............................................. 5

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ..................................... ?

1. 1. Общая характеристика современных систем

автоматической ориентации и загрузки...... ^

1. 2. Влияние характеристик детали на выбор

способа и устройства автоматического ориентирования............................... ^

1. 3. Анализ существующих методов оценки технологичности деталей в автоматизированном

производстве...............................^

■ 1. 3. 1. Применение методов кодирования и

теории экспертизы при оценке технологичности деталей.................26

1. 3. 2. Анализ технологичности деталей с

использованием расчетного метода..^ 1. 4. Выводы.................................

42

1. 5. Цель и задачи исследования...........

4с

ГЛАВА 2. МЕТОД ОТРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ ЭКСПЕРТИЗЫ............

2. 1. Анализ процесса технологического совершенствования конструкции деталей...... 45

2. 2. Концепция создания экспертного метода

отработки деталей на технологичность автоматизированного производства...........47

2.. 3. Определение и уточнение состава признаков

технологичности и их экспертных оценок... 50 2. 3. 1. Методика проведения оценок при

групповой экспертизе.............51

2. 3. 2. Уточнение экспертных оценок при

групповой экспертизе..............54

2. 4. Создание логических процедур как основы

базы знаний экспертной системы..........

2. 5. Выводы...................................68

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ КРИТЕРИЕВ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКЕ ОБОРУДОВАНИЯ 90 3. 1. Расчет вероятности сцепляемости сложнопро-

фильных деталей ..........................

3. 2. Анализ возможности использования магнитоста-тического поля на этапе вторичной ориентации

деталей....................................

3. 3. Определение условий вторичной ориентации дета-

лей плоской и призматической формы на механическом устройстве..........................1.18

3. 4. Выводы.....................................

глава 4. программная реализация метода отработки деталей на технологичность под автоматизированное производство................................ -128

4. 1. Выбор м.етода создания и основные этапы по-

строения экспертной системы................128

4. 2. Краткая характеристика программной реализации ........................................133

4. 3. Инструкция пользователя экспертной системы

«технологичность деталей»..................136

4. 4. Пример применения системы при модернизации

конструкции шариковой авторучки.439

4. 5. Выводы.....................................

заключение............................................445

список использованных источников......................147

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................454

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных факторов, сдерживающих внедрение устройств автоматической загрузки, является сложность автоматизации процесса ориентирования деталей, которая обусловлена прежде всего многообразием форм и размеров деталей, различием материалов, из которых они изготовлены, разнообразием процессов манипулирования и т. д. Важнейшим для процесса ориентирования параметром является признак асимметрии детали или, как его еще называют, ключ ориентации. Различают несколько типов асимметрий - асимметрия наружной конфигурации, центра тяжести, внутренней конфигурации, физических свойств, свойств поверхности. Кроме того некоторые типы деталей характеризуются повышенной сцепляемостью в хаотическом состоянии, склонностью к слипанию и к деформации.

В настоящей работе предложен новый метод вторичной ориентации призматических и плоских деталей с асимметрией центра масс на вращающемся диске. Кроме того определены условия вторичного ориентирования деталей типа тел вращения с асимметрией центра масс в магнитостатическом поле.

С другой стороны в работе предпринята попытка

тсделать" форму детали более пригодной для автоматической загрузки, т. е. отработать ее на технологичность. Решение данной задачи не представляется возможным только в рамках расчетных задач, т. е. с использованием критериев теории автоматического ориентирования. При решении поставленной задачи использованы методы теории экспертизы, экспертные оценки и технология экспертных систем.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ

АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1. 1. Общая характеристика современных систем автоматической ориентации и загрузки

Для современного производства характерна частая сменяемость выпускаемой продукции, поэтому необходимо стремиться использовать наиболее универсальные схемы автоматизированной загрузки. Наиболее предпочтительны непрерывные материалы, так как устройства для них можно легко переналаживать на новые размеры подаваемого материала. Однако из непрерывных материалов в лучшем случае удается получить лишь готовый предмет обработки, подвергающийся далее механической обработке, направляемый для нанесения различных покрытий на сборку и т. д. К ■ сожалению не всегда удается организовать технологический процесс с длительным сохранением положения предмета обработки, как это достигается в роторных линиях.

Загрузка штучных предметов обработки менее универсальна,

нежели загрузка непрерывных материалов, из-за большого разнообразия штучных предметов обработки по размерам, конфигурации, физическим и другим свойствам. Чем сложнее форма предмета обработки, тем сложнее устройства автоматической загрузки.

Различают [1] следующие виды систем автоматической загрузки: бункерные; магазинные; кассетные; системы поштучной выдачи. Кассетная и магазинная загрузка целесообразны для крупногабаритных предметов обработки, так как производительность технологического оборудования обычно' невелика, а, во-вторых, передача кассеты от одной единицы оборудования к другой легко может быть механизирована с помощью обычного грузоподъемного оборудования.

Бункерная загрузка в связи с многообразием предметов обработки по формам и размерам является наиболее трудоемким вариантом: большее время требуется для создания ВЗУ и их доводки, стоимость БЗУ высока, и обычно БЗУ изготовляют как специализированные устройства. Тем не менее современные БЗУ сравнительно быстро могут быть переналажены на новые предметы обработки. Перспективны разработка и внедрение универсальных быстро

переналаживаемых устройств вторичного ориентирования.

Сложность проблемы механизации и автоматизации загрузки штучных предметов обработки в оборудование заключается в большом их разнообразии. Каждый предмет обработки обладает определенными признаками, качественно и количественно характеризующими его.

В общем случае ориентирующее устройство включает в себя [1] : устройства подготовки к ориентированию, ориен-таторы и переориентаторы. Каждое из этих устройств представляет собой систему (Рис. 1.1.), определяемую тремя блоками: опознавания в виде датчика или их совокупности; преобразования сигнала и сравнения с *эталонным" сигналом от наперед заданного положения; силового воздействия на пришедшее положение предмета обработки. В зависимости от используемых датчиков ( фото-, пневмодатчики, механические, электромагнитные и т. д.) вид передаваемых в ориентирующее устройство сигналов может иметь электрическую, механическую, пневматическую и другие характеристики, что отразится на исполнении ориентирующего устройства.

Ориентирующие элементы работают следующим образом. Если объект подошел к элементу, например ориентатору, в "неверном" положении, что определяют датчики, то сформированный сигнал сравнения будет отличаться от * эталонно-

Структурная схема ориентирующего устройства

Ь'КС .

1

х

го" и включится система силового воздействия по переводу объекта в другое различимое положение. Если он находится в требуемом положении, сигнал опознавания будет соответствовать *эталонному", включения силовой системы не произойдет и объект под действием сил вибрации пройдет под устройством без изменения своего положения.

Название элементов ориентирующего устройства принято определять физическими принципами работы датчика опознавания и устройства силового воздействия. В таблице 1 приведены варианты физических способов ориентирования деталей на вибродорожке. По мере выявления и использования новых способов количество вариантов может неограниченно расти. Прочерки в таблице характеризуют не нашедшую еще достаточного отражения область применения устройств. Для большей надежности ориентирования деталей со слабо выраженными признаками (свойствами) в ориентаторе могут быть использованы несколько устройств опознавания, а также и несколько физических сил.

Классификация устройств ориентирования, основанная на учете различных силовых факторов, была предложена

Погореловым Б.В. [3 3 (Рис.2). В вершины треугольника помещены три основных силовых фактора, которые могут быть

Табл. 1

Физические способы ориентирования

Метод опознавания

Сила Ме- Элек- Пне- Гид- Элек- Фо- Гра- Те-

воздей- ха- три- вма- рав- тро- то ви- ле-

ствия ни- чес- ти- ли- маг- та- ви-

чес- кий чес- чес- нит- ци- зи-

кий кий кий ный- он-ный он-ный

М Эк П Гд Эм Ф Гр Т

Грави- МГр ЭкГр ПГр ЭмГр ФГр ГрГр

тацион-

ная

Гр

Инерции МИ ЭкИ ПИ ЭмИ ФИ ГрИ

И

Трения МТ ЭкТ ПТ ГрТ

Т —

Пневма- МП ЭкП ПП ЭмП ФП ГрП ТП

тическ.

П

Магни- ЭкМд ЭмМд ГрМд

тодин.

Мд

Механич. ММх ЭкМх ПМх ГдМх ЭмМх ФМх ТМх

Мх

Примечание. Обозначение способа ориентирования со-

стоит из двух частей, начинающихся с заглавной буквы. Первая часть указывает на метод опознавания, вторая - на физику силового воздействия. Например, Мгр - механико-гравитационный способ ориентирования, где опознавание осуществляется механически, а силовое воздействие - гравитационным полем.

Классификация устройств ориентирования в процессе виброперемещения

Рис. 1. 2

использованы для перемещения и ориентации деталей - сила трения , сила упругости и дополнительное силовое воздействие. Дополнительное воздействие может быть электромагнитным, электростатическим, аэродинамическим, гидродинамическим , инерционным, молекулярным и т. д. Поскольку гравитационные силы участвуют в работе любого вибротранспортного устройства, они не выносятся в отдельный силовой фактор. Каждому силовому фактору ( I, II, III) соответствует группа устройств, использующих его для ориентирования деталей. Треугольник сил заключен в другой треугольник, в вершинах которого расположены группы устройств (IV,V,VI), использующих комбинацию двух силовых факторов. И, наконец, в центре расположены устройства (группа VIII), использующие комбинацию всех трех силовых факторов.

Классификация охватывает все возможные комбинации разных по природе сил в пределах одной группы. Например, классификация не отражает возможного сочетания электромагнитного и пневматического воздействия. Это обусловлено тем, что в связи со сложностью реализации в современных конструкциях такие комбинации не применяются. Для того, чтобы имелась возможность сравнивать различные методы

между собой, в классификацию введен основной критерий оценки ориентирующего устройства - его чувствительность. Под чувствительностью понимается наименьшая величина асимметрии детали, достаточная для ее ориентирования данным методом. Величина асимметрии является таким образом одной из характеристик технологичности детали.

В работе [4] асимметрия деталей выражалась в безразмерных величинах, как отношение размера элемента, вносящего асимметрию к одному из габаритных размеров детали. Пригодность ориентирующего устройства для ориентирования деталей малой асимметрии, как правило, определяется абсолютной величиной асимметрии. Это либо катет фаски, либо радиус закругления, либо один из размеров буртика, проточки, выступа. На Рис.1. 2 абсолютная асимметрия отложена в логарифмическом масштабе в виде концентрических колец в направлении от центра к периферии, от значений 10~5 до 1(Г2 м.

Наибольший интерес представляют устройства, расположенные как можно ближе к центру. Это значит, что такие устройства способны ориентировать детали с незначительными признаками асимметрии, то есть сложные с точки зрения автоматической загрузки. Анализ классификации показывает,

что наибольшее число известных устройств использует либо дополнительное воздействие, либо его комбинацию с силой трения. В то же время комбинация дополнительного воздействия с силой упругости и комбинация всех трех силовых факторов позволяет создавать конструкции устройств, отличающиеся высокой чувствительностью. Поэтому исследования в этом направлении должны привести к созданию эффективных средств автоматического ориентирования и загрузки.

1.2. Влияние характеристик детали на выбор способа и устройства автоматического ориентирования

В 1.1 отмечалась непосредственная взаимосвязь геометрических характеристик деталей и принимаемого способа и устройства ориентации. Сложность устройства зависит от сложности детали. При этом под сложностью понимается совокупность факторов. Это величина ключа ориентации и вид асимметрии, число различимых положений и наличие явно выраженного устойчивого положения, склонность деталей к

сцепляемости и материал деталей, а также ряд других факторов .

Известен целый ряд методов выбора способа и устройства ориентации. Остановимся на некоторых из них.

Так в [1] выбор устройства ( или его построение) основан на рассмотрении ключа ориентации. Ключ ориентации определяет главный информационный признак у детали для ее опознавания во множестве различимых положений.

Таким образом, выбор ключа ориентации зависит от свойств деталей, а принцип действия ориентирующего устройства - от выбранного ключа.

Для ориентирования на виброустройствах широко используют пять ключей ориентации деталей:

9 ни - наружная конфигурация; 9вк-внутренняя конфигурация; 0 - положение центра масс; 0фО - физические

свойства; б^ - свойства поверхности.

Деталь может обладать как одним, так и несколькими ключами ориентации. Обладание несколькими картами ориентации у детали не означает их обязательного воплощения в конструкциях ориентаторов,так как ключи ориентации пред-

ставляют только информацию о возможных способах опознавания деталей.

За критерий выбора ключа ориентации по положению центра масс принято отношение

1щ1п

9цм* = 1--* о (1.1)

где 1тш г 1щах - минимальная и максимальная длины

опрокидывающего плеча детали, определяемые как кратчайшее расстояние от центра масс до стороны детали.

Критерием вще* наружной конфигурации при выборе ключа ориентации является, во-первых, выполнение условия:

К (Ыр±) о К(Ирз) Ф К (Ир!) * К * ф

1 ^ ] б Кр {1. 2)

где К (Ир!) - наружный контур 1-го различимого положения и, во-вторых, условия ВШ2.П

Энк = 1 - - Ф О (1. 3)

Вшах

где Втд.пг Вшах - минимальная и максимальная

ширина детали из множества различимых.

При выборе ключа ориентации внутренней конфигурации должно выполняться условие:

Пр(Ыр±)П Пр(Нр3) Ф Пр (Ыр±) Ф Пр (Ырз ) Ф Ф (1.4)

где Пр (Ыр!.) - проекция д.-того различимого положения детали на плоскость вибродорожки при К (1Чр|) = К(ВД).

Численное значение критерия 8вк определяется в зависимости от используемого способа опознавания. При опознавании

гравитационным полем, как наиболее распространенным спо-* * *

собом, бвк3^^* Критерием 0фс выбора ключа физических свойств детали является выражение:

* £ 1

ефоШ =- ф о (1.5)

п

где £ Ш1-| - число сторон или граней детали, различающихся по ;}-му физическому свойству.

П - общее число сторон или граней детали.

На множестве физических свойств детали электропроводность, магнитная проницаемость, удельное сопротивление

и т. д.) определяют набор критериев {вфс.^)}, по которым

разрабатывают физический принцип ориентатора.

При определении критерия 0<ш* выбора ключа по

свойствам поверхности (шероховатости, светоотражению, коэффициенту трения и т. д.) используют аналогичное выражение .

I - 1

0сп ( ;)) = --(1.6)

П

где тз^ - число сторон или граней детали, раэли

чающихся по ;]-му свойству поверхности .

Чем ближе значение критериев к единице, тем

эффективнее и проще будет конструкция ориентирующих устройств, разработанная на их основе.

Дополнительными факторами, влияющими на выбор схемы

ориентирования, являются также требуемая производительность, и экономический фактор.

Свои ос