Автоматизация проектирования схемы установки заготовки в станочном приспособлении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизация проектирования схемы установки заготовки в станочном приспособлении

Технология, инструменты и оборудование машиностроительных производств

А.В. Вдовин, В.В. Ерохин

Рассматриваются вопросы разработки специализированных модулей для автоматизированного проектирования схем установки заготовок в станочных приспособлениях, интегрированных в современные CAD/CAM/CAE-системы.

Подготовка производства новых видов продукции машиностроения, техническое перевооружение и модернизация производства неизбежно включают процессы проектирования технологической оснастки, составляющие приблизительно 50 % от общего объема технологической подготовки производства. Технологическая оснастка, затраты на изготовление которой приблизились к затратам на производство металлорежущих станков является одним из важнейших факторов, влияющих на качество выпускаемой продукции машиностроительного предприятия. Поэтому задача повышения качества проектирования станочных приспособлений (СП), а также сокращения сроков их проектирования и изготовления стала одной из важнейших проблем современного машиностроения.

Одним из ключевых и наиболее трудоемких этапов проектирования станочных приспособлений является выбор оптимальной схемы установки (СУ) заготовки и ее конструктивной реализации, определяющий будущую конструкцию приспособления, включающий: выбор схемы установки и закрепления заготовки в СП; расчет сил зажима; выбор установочных элементов (УЭ); расчет составляющих погрешности установки; определение межремонтного периода. Разработка систем автоматизированного проектирования для решения отмеченных задач позволяет снизить затраты материальных средств и времени на проектирование и изготовление, сократить цикл производства и снизить себестоимость СП, повысить качество проектных решений.

Преобладающие на отечественном рынке САПР универсальные системы предназначены для проектирования изделий машиностроения любой сложности, но не имеют специализированных модулей разработки СП, которое проектируется как обычное изделие машиностроения. При этом ключевые этапы выбора оптимальной СУ (выбор оптимальной схемы базирования, расчет сил зажима, выбор конструкции УЭ) выполняются конструктором вручную. Поэтому необходимо дополнить конструкторские модули САПР специализированными блоками. Разработка таких систем особенно актуальна при использовании интегрированных САПР, где мощные и функциональные (в основном зарубежные) конструкторские модули (CAD) объединяются с отечественными модулями создания технологических процессов (CAM).

При анализе задачи автоматизации выбора оптимальной СУ в станочном приспособлении и ее конструктивной реализации было выявлено, что общая задача поиска оптимальных параметров СУ может рассматриваться в виде процедурной модели (рис. 4 а), состоящей из блока поиска оптимальных решений (рис. 4 б) и компьютерной модели СУ (рис. 4 в). На вход «черного ящика» подаются исходные и нормативные данные, а на выходе наблюдаются характеристики СУ.

При этом необходимо найти такие параметры СУ, которые обеспечивают экстремумы критериев

при выполнении ограничений

где , - соответственно верхняя и нижняя границы ограничений; i=1,2,…,k -количество возможных СУ; , , - соответственно погрешность установки, конструкция и размеры УЭ i-й технологической базы и межремонтный период данной СУ.

На основе системного подхода общая задача автоматизации была разбита на отдельные локальные иерархически связанные задачи оптимизации. При этом выявлено, что они имеют вложенную структуру, что не позволяет решить общую задачу обычными математическими методами поиска оптимальных решений. Поэтому для решения задачи оптимизации предлагается рассматривать ее с точки зрения объектно-ориентированного проектирования.

Предлагается рассматривать схему установки как математическую модель

,

где - погрешность установки заготовки в приспособлении для i-го технологического размера; - межремонтный период рассматриваемой СУ; , - ранги стоимости конструктивной реализации СУ и вспомогательного времени; - установочный элемент для i-й технологической базы (i = 1,2,3), который можно представить следующей моделью:

.

Здесь - конструкция УЭ; - вектор геометрических параметров УЭ; - твердость УЭ.

Разработана общая схема автоматизированного программного модуля для CAD-системы проектирования СУ и ее конструктивной реализации (рис. 2). Оптимизация СУ в данной схеме осуществляется модулями выбора СУ по критериям точности, стоимости, вспомогательного времени и надежности. При этом данные модули выполняют функцию принятия решений о дальнейшем ходе проектирования по результатам проверки. Остальные модули предназначены для поиска значений параметров СУ, необходимых для ее анализа по критериям. Путем совместного анализа теоретической схемы базирования и геометрической формы заготовки осуществляются автоматический поиск возможных СУ и дальнейший расчет погрешности базирования. Данные, определенные на этих этапах, предназначены для отсеивания СУ, не удовлетворяющих условию точности.

Проверка по данному условию проводится по зависимости (1) без учета еще не определенных погрешностей закрепления и погрешности размерного износа УЭ:

, (1)

где - погрешность базирования в направлении технологического размера заготовки в станочном приспособлении; - средняя экономическая точность обработки.

Для определения остальных составляющих погрешности установки назначается схема закрепления, в которой указываются размещение УЭ на базовых поверхностях, точки приложения и направления сил закрепления, сил резания, а также рассчитываются силы закрепления. Необходимая сила закрепления рассчитывается автоматически при изменении значений сил резания и расположения сил и УЭ. По данным, определенным на этапе расчета сил зажима, определяется конструкция УЭ с их геометрическими и прочностными характеристиками, а также остальные составляющие погрешности установки. Рассчитываются погрешности закрепления и размерного износа УЭ.

Полученные составляющие погрешности установки позволяют выполнить окончательный анализ всех СУ по условию точности положения заготовки в СП для i-го технологического размера:

, (2)

где - погрешность установки заготовки в станочном приспособлении; - погрешность базирования; - погрешность закрепления; - погрешность закрепления, связанная с изменением формы поверхности контакта УЭ при его износе; - погрешность размерного износа УЭ.

Выбранные СУ проверяются по условию надежности:

.(3)

При необходимости (СУ не отвечает условию надежности) проводится поиск оптимального метода упрочнения для УЭ по условию требуемой точности (4) и критериям минимума стоимости и времени упрочнения ().

. (4)

.

Окончательный выбор оптимальной СУ выполняется по критериям стоимости конструктивной реализации СУ и вспомогательного времени на установку и снятие заготовки . При этом должны выполняться следующие условия:

.

В результате программной реализации разработанных моделей автоматизации получены логическая и динамические модели работы системы в виде диаграмм классов, состояния СУ в процессе проектирования и диаграммы взаимодействия. Структурная схема пакета программного обеспечения автоматизированного проектирования СУ заготовки представлены на рис. 3.

Программные средства для программной реализации выбирались с учетом выбранной CAD-системы, которая предоставляет пользователю возможность программирования в оболочках объектно-ориентированного программирования Microsoft Visual Basik и Microsoft Visual C++. Так как язык программирования C++ является наиболее мощным, он был принят в качестве основного. Для создания баз данных моделей УЭ использованы стандартные средства SolidWorks на основе Microsoft Excel. Для разработки внутренних баз данных системы принята оболочка создания реляционных баз данных. При этом разработка СУБД осуществляется в Visual C++, а связь СУБД базы данных - посредством запросов на языке SQL.

В качестве основного метода программной реализации был выбран метод объектно-ориентированного программирования. Это связано с тем, что СУ и УЭ, из которых она состоит, рассматриваются как оптимизируемые объекты, имеющие определенные характеристики и связи с моделью заготовки. установка заготовка станочный автоматизированный

При автоматизированном проектировании СУ и ее конструктивной реализации используются следующие исходные данные: трехмерная модель детали; теоретическая схема базирования; качество базовых поверхностей; материал заготовки; метод упрочнения базовых поверхностей; вид технологической операции; наличие СОТС; штучно-калькуляционное время выполнения операции; программа выпуска; допустимый межремонтный период. Проектирование осуществляется в следующей последовательности:

1. Задается схема базирования (выбираются базовые поверхности и указываются выполняемые на операции размеры) и рассчитывается погрешность базирования. При этом некоторые схемы могут быть отсеяны по условию (1).

2. Задается схема закрепления (расположение УЭ, точки приложения и направления сил резания и зажима). При этом автоматически рассчитываются значения необходимых сил закрепления.

3. Выбираются конструкция и размеры УЭ. По рассчитанным ранее усилиям в системе автоматически выполняется поиск конструкций УЭ и их размеров по стандартам НСП. Результатом выбора является модель заготовки с расположенными на ней УЭ. Конструктор может изменить любой из УЭ. Возможна замена группы УЭ, осуществляющих базирование одной базы.

4. Автоматически рассчитываются погрешности закрепления и размерного износа для каждого УЭ.

5. По условиям точности (2) и надежности (3) автоматически выполняется выбор СУ, результаты которого представляются конструктору в виде ведомости, содержащей расчетные значения погрешностей и межремонтного периода для всех СУ, реализующие их УЭ (ГОСТ, исполнения, обозначения, материалы, твердость, метод упрочняющей обработки), оптимальную СУ.

Результатом работы системы является чертеж СУ, содержащий: деталь, обрабатываемую на данной операции; УЭ; размеры, участвовавшие в проектировании оптимальной СУ; таблицу результатов расчета составляющих погрешности установки заготовки в СП; спецификацию.

Размещено на Allbest.ru