Комплексная автоматизация машиностроительного проектирования и производства при программном базировании деталей на станках с ЧПУ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Одними из самых действенных инструментов повышения конкурентоспособности отечественных промышленных предприятий в настоящее время выступают новые информационные технологии. Для машиностроения к числу важнейших методов и средств информационной поддержки относятся компьютерные технологии автоматизации проектирования и технологической подготовки производства. В технических науках и промышленной практике за ними закрепился термин: «технологии САПР» (методы и средства систем автоматизированного проектирования, в английском написании: CAD/CAM/CAE… CAх технологии) [1]. Причем, как показывает практика, наибольший эффект достигается при комплексном применении технологий и технических средств промышленной автоматизации.

В статье описывается комплексная методика применения средств автоматизированного конструирования (CAD), увязанная с технологиями автоматизированного проектирования управляющих программ для станков (CAM), а также автоматизированными технологическими процессами обработки и измерения деталей сложной формы (CAIT). Практика показывает, что перечисленные проектные процедуры и процессы, составляющие в своем комплексе основу конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), в существенной мере взаимозависимы. И уже на этапе моделирования формообразующих поверхностей машиностроительных деталей необходимо учитывать с какой точностью, какими инструментами и на каком оборудовании они будут изготовлены. В свою очередь все перечисленные вопросы обязательно должны быть учтены и конкретизированы при выборе стратегии обработки и параметров управляющих программ.

Геометрия деталей, спроектированных конструктором с учетом различных способов изготовления (литьем, штамповкой, резанием и пр.) может значительно различаться. А при применении компьютерных средств геометрического моделирования и станков с ЧПУ существенно расширяются возможности выбора схем базирования. Возможными и даже предпочтительными становятся теоретические точки, линии и поверхности, например связанные положением осей силовых элементов, центров тяжести, давления и т.д.

Электронная модель изделия (ЭМИ), созданная конструктором в среде машиностроительных САПР, определенным образом преобразуется технологом в модели заготовок, разрабатываемых также средствами САПР. При этом можно утверждать, что современные методы автоматизации проектирования существенно меняют традиционные подходы к проектированию заготовок и разработке технологических процессов.

Так решение задач автоматизации разработки управляющих программ приводят к необходимости создания операционных моделей для всех операций технологического процесса, на которых происходит формообразование поверхностей будущей детали. Операционной моделью будем называть ЭМИ, описывающую форму заготовки на определенной операции технологического процесса. Основных подходов к разработке операционных моделей два и оба подхода требуют учета способа обработки детали.

Первый подход основан на последовательном наращивании припусков на обрабатываемых поверхностях от номинальных параметров детали, назначенных конструктором, до технологических межоперационных размеров. В результате наращивания припусков по всем операциям создаётся идеализированная ЭМИ заготовки. Далее на неё добавляются необходимые геометрические элементы, определяемые технологией получения заготовки (уклоны, скругления и напуски). Этот подход позволяет получить в автоматизированном режиме теоретически оптимальную, практически идеальную заготовку.

Ко второму подходу приходится прибегать при использовании заготовок произвольной (заданной) формы. В этом случае необходимо произвести последовательное удаление припусков вплоть до получения окончательной формы детали с определенным качеством обработки рабочих поверхностей.

Независимо от похода наличие комплекса конструкторских и операционных моделей дает технологам существенные преимущества по сравнению с традиционным (локальным) подходом к КТПП. Во-первых, появляется точное описание геометрической формы заготовки на каждой операции. Это важно как для технолога-программиста ЧПУ, так и для конструктора технологической оснастки. Во-вторых, по сравнению с традиционным процессом разработки технологического процесса автоматизируется получение технологических эскизов обработки. В-третьих, повышается производительность технологического проектирования (экономится до 70% времени производительной работы технолога).

Согласование процессов геометрического моделирования на конструкторском и технологическом этапах КТПП способствует достижению оптимального результата проектирования, обеспечивающего повышение качества выпускаемых изделий и повышение производительности обрабатывающего оборудования.

При комплексном применении ЭМИ появляется возможность автоматизации такой сложной и тудноформализуемой процедуры КТПП как отработка изделия на технологичность. При этом могут быть использованы объективные критерии. Например, уже на этапе моделирования заданы ограничения на величину припуска, на требуемую точность и качество поверхностей, минимальные размеры скруглений и уклонов.

Разработка технологических процессов для оборудования с ЧПУ, оснащенного электронными средствами измерения, позволяют использовать методы так называемого «программного» базирования. В отличие от традиционных методов базирования заготовок, давно и успешно используемых для универсального обрабатывающего оборудования, управляемого квалифицированным рабочим, программным будем называть метод базирования заготовок на станках с ЧПУ. Программное базирование предусматривает применение электронных средств измерения. Они могут быть как программно-управляемыми, так и неуправляемыми. Результаты измерения позволяют определить положение заготовки и назначить положение нуля и осей программы обработки.

Программное базирование отличается от «ручных» методов, тем, что средствами программирования решается обратная задача коррекции положения основных осей обработки станка с ЧПУ относительно координат базовых точек, измеренных на поверхности заготовки, закрепленной на станке [2]. При этом становится допустимой достаточно простая и быстрая установка заготовки в приспособлении на столе станка.

Применение программного базирования изменяет структуру погрешностей изготовления. Известно, что погрешность установки складывается из погрешности закрепления и погрешности базирования. Погрешность закрепления заготовки может быть учтена в управляющей программе и ей, как правило, можно пренебречь. Погрешность базирования полностью исключается, т.к. привязка нуля программы осуществляется без привязки к установочным поверхностям заготовки, а к обработанным на предыдущих операциях поверхностям, либо интегрально по всем поверхностям заготовки. Это делает программное базирование похожим на метод пробных ходов. Единственная погрешность, которая должна быть учтена при применении программного базирования - это погрешность электронно-измерительной системы. Необходимыми условиями для реализации этого метода на станках с ЧПУ выступают возможности многоосевой отработки. деталь программный надежность

С точки зрения технолога при разработке высокоавтоматизированного технологического процесса объединяются конструкторские, технологические и измерительные базы. При этом осуществляется переход от базирования по явным поверхностям к базированию по скрытым базам. Скрытыми принято называть воображаемые поверхности, оси и точки, как правило, совпадающими с конструкторскими базами. Применение принципа совмещения баз в управляющей программе позволяет резко повысить точность обработки и надежность технологических процессов.

Следует заметить, что идеи адаптивной обработки деталей по скрытым базам, когда предлагалось корректировать процесс резания в зависимости от результатов измерений, не новы. Но возможности современного цифрового оборудования, в сочетании с функционалом прикладного программного обеспечения САПР позволяют использовать качественно новые технологические решения и комплексно автоматизировать проектно-производственные стадии жизненного цикла изделий.

Для изучения эффективности и иллюстрации возможностей комплексных процессов автоматизации предлагается использовать «S» образные кривые, построенные по аналогии с методикой исследования приведенной в [3]. В данном случае может быть использован интегральный критерий качества и точности изготовления Ф, учитывающий погрешности конструкторских (Pk) и технологических (Pt ) моделей, а также процесса изготовления (Pm) деталей:

= f (Pk, Pt, P). (1).

Комплексная методика автоматизации проектирования и производства изделий на станках с ЧПУ позволяет одновременно с повышением качества обработки деталей существенно сократить сроки изготовления изделий.

Список литературы

Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: учебник для студ. высш. учеб. Заведений / А.А.Черепашков, Н.В. Носов. - Инфолио. 2009 . - 650 с.

Хрустицкий, К.В. Комплексная автоматизация технологической подготовки производства и управления процессами механической обработки корпусных деталей машин / К.В. Хрустицкий, А.А. Черепашков // Вест. Самар. гос. аэрокосм. унта. - 2012. - № 5 (36), ч. 1. - С. 61 - 71.