Оптимизация

Оптимизация, — это один из этапов процесса разра­ботки, то есть часть жизненного цикла продукта, а потому технологии оптимиза­ции также относят к средствам автоматизированного проектирования. В прин­ципе, весь процесс проектирования можно считать оптимизацией, потому что в этом процессе создается несколько альтернативных проектов, из которых выби­рается один лучший.

Примеры маршрутов проектирования технических объектов.

Маршрут проектирования объекта – последовательность этапов и (или) проектных процедур, используемая для проектирования этого объекта. Маршрут называют типовым, если он применяется при проектировании многих объектов определенного класса.

Технологическое планирование

Проектирование принципиальной схемы

Проектирование маршрутной технологии

Проектирование операционной технологии

Проектирование приспособлений, наладок и инструмента

Анализ загрузки оборудования

Выбор и адаптация типового техпроцесса

Деталь оригинальна

Загрузка оборудования рациональная

Получение управляющей информации для станков

с ЧПУ

Вход

Нет

Да

Нет

Да

Выход

на АСУП

Рис.2.5. Схема маршрута технологической подготовки производства

На рис.2.5 показана схема маршрута технологической подготовки производства в машиностроении. Технологическое планирование для неоригинальных деталей отличается от технологического планирования для оригинальных деталей. Для неоригинальных деталей технологический процесс проектируется путем конкретизации и адаптации типового обобщенного технологического процесса, созданного ранее для рассматриваемого класса деталей. Для оригинальных деталей выполняется нисходящее проектирование технологического процесса, состоящее из этапов проектирования принципиальной схемы, маршрутной и операционной технологии, проектирование оснастки, инструмента и синтеза управляющих программ для станков с ЧПУ.

Методы разработки конкретного технологического процесса с применением сапр

Современные САПР позволяют ускорить разработку техно­логического процесса обработки деталей машин и облегчают его оптимизацию. В настоящее применяются следующие методы проектирования технологического процесса обработки детали на ЭВМ:

1. проектирование технологического процесса обработки детали в диалоговом режиме;

2. составление технологии обработки отдельных групп де­талей, выпускаемых предприятием;

3. разработка технологического процесса путем копирова­ния структуры ранее созданного техпроцесса для анало­гичной детали;

4. разработка технологического процесса в автоматизиро­ванном режиме с составлением процесса обработки заго­товки на основе обобщенного технологического процесса, разработанного для наиболее сложной и трудоемкой «комплексной» детали;

5. создание библиотеки стандартных модулей для решения локальных задач.

Первый метод. Разработка технологического процесса обработ­ки заготовки в диалоговом режиме.

В тех случаях, когда надо обработать деталь, которая не име­ет аналогов на заводе, проектирование технологического процес­са производится в диалоговом или пошаговом режиме с исполь­зованием стандартных электронных справочников операций, оборудования и инструмента. Дополнительную информацию, та­кую как размеры и конфигурации контуров, можно скопировать с эскиза, что удобно при заполнении содержания перехода и поз­воляет ускорить написание технологического процесса.

Для ускорения составления технологического процесса элек­тронные справочники могут предлагать только тот инструмент (приспособление), которые могут быть использованы на этой операции с учетом выбранного оборудования. Например, ис­пользование фильтров на токарной операции позволяет отобра­зить на экране только резцы, а на фрезерной — фрезы. При необ­ходимости технолог может выполнить поиск необходимой ин­формации по заданным параметрам.

Если обработка заготовки выполняется на нескольких участ­ках или в нескольких цехах: механообработки, сварки, сборки, гальваники и т. д., то проектирование технологии обработки таких деталей может выполнять рабочая группа. Специалисты группы работают параллельно и отвечают только за свой фрагмент технологического процесса.

Параллельно с проектированием технологического процесса может осуществляться формирование операционных эскизов. Их разработка ведется на основе плоского и объемного чертежа дета­ли.

Режимы резания назначают различными способами: ручным вводом, выбором из таблиц или автоматическим расчетом. Рас­чет ведется с учетом паспортных данных станка, физико-механи­ческих свойств обрабатываемого материала, жесткости системы. Станок - приспособление, инструмент - деталь (СПИД), геоме­трии режущего инструмента, схемы крепления и др. Поправоч­ные коэффициенты позволяют учесть особенности конфигура­ции заготовки, схему ее крепления на станке, материал режущей части инструмента, период стойкости инструмента и т. д. Тру­доемкость рассчитывается на основе нормировочных таблиц. Результаты расчетов можно корректировать. Затем их вносят в технологические карты.

Второй метод. Составлении технологии обработки деталей, имеющих одинаковые конструктивные элементы.

Обрабатываемые на заводе детали делят на отдельные группы с точки зрения технологии их обработки (рычаги, кронштейны, диски и т. п.) и наличия на них конструктивных элементов (пазы, проточки, карманы и т. д.). При составлении технологии обра­ботки новой детали технолог находит в информационной базе данных, в справочниках, архиве или в специальной библиотеке детали, имеющие аналогичные конструктивные параметры, а за­тем вносит коррективы в технологию с учетом размеров и микро­геометрии конкретной поверхности, требований к точности ее обработки. Выбор из библиотеки конструктивных элементов для конкретной детали может производиться с помощью настраивае­мых логических условий.

Проектирование технологии обработки детали выполняют в порядке, обратном ее изготовлению, т. е. от заключительных эта­пов к черновым. (Размеры детали на заключительном этапе зада­ны на чертеже детали.) Последовательность операций и перехо­дов может меняться.

Методы обработки различных геометрических элементов, а также типовые, групповые и единичные технологии желатель­но накапливать в шаблонах и единой структурированной базе данных. В шаблоне могут быть представлены стандартные пара­метризованные фрагменты конструкции деталей, фрагменты от­работанного технологического процесса их обработки, и мето­дик проведения необходимых расчетов. На основании шаблонов создают библиотеку типовых технологических решений, кото­рая облегчает разработку технологии обработки новой детали. Чем больше технологических процессов хранится в библиотеке, тем легче и быстрее можно разработать новый технологический процесс для аналогичной детали.

Использование конструктором при проектировании различ­ных деталей конструктивных элементов, имеющих одинаковые геометрические размеры, снижает затраты на приобретение но­вого инструмента, приспособлений и станков.

Для облегчения работы технолога в САПР может использо­ваться специальный мастер, например, в Technologies он носит название «Мастер прямого проектирования». Он предлагает схему или шаблон обработки конкретного элемента. Мастер ра­ботает по гибкой схеме, позволяет пропустить ту или иную стро­ку схемы, а при необходимости можно вернуться к ее заполне­нию позже.

Интерактивный, пошаговый режим позволяет технологу по­следовательно подбирать необходимые для каждой операции ин­струменты, оборудование, приспособления. Режимы резания рассчитывают или выбирают из базы данных с учетом требований к точности обработки, шероховатости получаемой поверхности, материалу заготовки и т. д.

Для наглядности и облегчения выбора в справочных матери­алах поверхности могут быть объединены в группы. В свою оче­редь, каждая группа может состоять из нескольких подгрупп. На­пример, в САПР Technologies предложены методы обработки следующих групп поверхностей:

• отверстий;

• пазов и канавок;

• плоскостей, торцов и т. п.;

• резьбовых.

В свою очередь, группа поверхностей может быть разделена подгруппы. Так, группа поверхностей названная «пазы и канав­ки», разделена на подгруппы: круглые, прямоугольные, трапецеидальные, угловые, упорные и т. п. Для каждой группы и под­группы предлагаются свои методы обработки. Например, стенки прямоугольного паза предлагается шлифовать, протянуть, фрезе­ровать или строгать.

Автоматизация проектирования технологии обработки дета­ли на основе ее различных конструкторско-технологических эле­ментов (КТЭ) предусмотрена в САПР ТП «Вертикаль». Необхо­димый элемент выбирается из библиотеки КТЭ, затем технолог задает значения параметров выбранного КТЭ. Например, для сквозного отверстия вводятся размеры его диаметра, глубины и указывается шероховатость поверхности. Все параметры чертежа Детали или ее эскиза: размеры, допуски, значения шероховатости и т. д. могут быть импортированы в текст технологии обработки детали. Для импортирования в технологию значения размера до­статочно щелкнуть мышью этот размер.

Составление технологии облегчает «Мастер формирования планов обработки» КТЭ. Переходы и КТЭ имеют двусторонние связи, что позволяет определить как список переходов для каж­дой поверхности, так и состав поверхностей, обрабатываемых на отдельных технологических операциях. После выбора техно­логической операции в нижней части экрана отображается спи­сок соответствующих моделей оборудования и информация о параметрах конкретной модели станка. Выбранные операции и оборудование автоматически добавляются в технологический процесс.

Значение штучного или подготовительно-заключительного времени выбирается из нормировочных таблиц. Для укрупнен­ного расчета трудоемкости разработано приложение «Универ­сальная система трудового нормирования по укрупненным нор­мативам времени».

Для отображения конструкторско-технологической инфор­мации используют дерево конструкторско-технологических эле­ментов и панель планов обработки. Быстрый поиск необходимых конструкторско-технологических элементов в библиотеке и их визуализация автоматизированы.

В САПР Technologies после того, как выбрана поверхность, в нижней части экрана появляется 3D-модель, и отображается перечень возможных методов ее обработки. Например, стенки прямоугольного паза на заготовке можно шлифовать, протянуть, фрезеровать или строгать. Предусмотрена возможность выбора технологических операций с учетом используемого оборудования.

Параметры обрабатываемой поверхности позволяют сфор­мировать текст технологического перехода. Например, для ци­линдра в технологическом переходе указывают его диаметр и длину, для прямоугольного паза — соответственно, ширину и вы­соту.

В литературе описаны примеры кодирования не только от­дельных поверхностей, но и деталей с последующим автоматиче­ским созданием на ЭВМ маршрутных и операционных карт. По заданным критериям поиска система может найти несколько тех­нологических процессов. Окончательный выбор остается за тех­нологом.

Режущий и вспомогательный инструмент, а также приспо­собления выбирают в справочнике с учетом выполняемой опера­ции и оборудования. По мере поступления новых инструментов, приспособлений и станков их добавляют в информационную ба­зу для последующего применения и корректировки существую­щих технологий. Маршрут операций и переходов может быть представлен в виде дерева.

Электронный технологический процесс корректируют при изменении конструкции детали или при получении нового обо­рудования. При изменении размеров поверхности соответствую­щий переход можно выделить цветом в дереве технологический процесса. В соответствии с новыми параметрами обрабатывае­мой поверхности вносят коррективы в текст перехода и подбира­ют новый инструмент.

Для упрощения формирования технологического процесса технолог может выбрать из схемы, какие действия он собирается выполнить: ввести новую операцию, технический переход или оборудование.

Автоматическое считывание данных с 3D-модели позволит в ближайшем будущем выполнять ее разбивку на технологические поверхности без участия пользователя и автоматизировать пост­роение технологии обработки. Технолог будет решать творческие задачи, связанные с выбором оптимального для данного цеха ва­рианта обработки поверхностей.

Вновь разработанные фрагменты технологического процес­са, каковыми могут быть любые его части, например, операции, переходы, оснастка и операционные эскизы могут, быть до­бавлены в библиотеку. Сохраненные в библиотеке фрагменты можно вставлять в любое место проектируемого технологичес­кого процесса.

Различные базы данных тех­нологического назначения, в которых могут быть представле­ны операции обработки загото­вок на металлорежущих станках и переходы, оборудование, ил­люстрированный классификатор режущего и вспомогательного инструмента облегчают формирование необходимого комплекта технологической документации. Для ускорения выбора требуе­мых материалов из базы данных используются специальные фильтры, позволяющие ограничить количество отображаемых элементов списков в соответствии с заданными условиями.

Фильтрация данных может производиться как с учетом типа операции, цеха и участка, где выполняется обработка, так и по ассоциативным связям: «Станок» — «Приспособление», «Ста­нок» — «Режущий инструмент» и т. д. Настройка фильтров вы­полняется технологом с помощью простого интерфейса без при­менения программирования.

В некоторых САПР, например «ТехноПро Базовая», при указа­нии курсором на операцию или переход справа открывается фор­ма для заполнения. Порядок следования операций или переходов можно менять. При этом их номера пересчитываются автомати­чески. Расчет режимов резания для технологических переходов ав­томатизирован. Полученные результаты можно корректировать.

Завершив составление техпроцесса, технолог выбирает уча­сток и квалификацию станочников, дает составленному техно­логическому процессу новое имя и обозначение. На основе имеющихся наработок могут быть созданы экспертные системы в области автоматизированного проектирования технологичес­ких процессов.

Третий метод. Разработка технологического процесса путем ко­пирования структуры ранее созданного технологического процесса для аналогичной детали.

На ряде машиностроительных заводов выпускается большая номенклатура деталей, имеющих однотипную технологию изго­товления, например, ступенчатые валы или корпусные детали. Для новой детали выбор аналога, имеющего однотип­ную технологию, изготовления выполняется по конструктивным особенностям ее геометрической формы. Для ускорения поиска аналога на ряде заводов обрабатываемые поверхности кодируют.

Для нового технологического процесса можно скопировать как отдельный переход, так и несколько операций. В соответствии с конструктивными особенностями рассматрива­емой детали технолог выполняет корректировку отдельных опе­раций, переходов, оборудования, режимов резания, сведений по трудовому и материальному нормированию.

Разработка технологической документации по этому методу выполняется существенно быстрее по сравнению со вторым мето­дом. Он не требует трудоемкой настройки программного обеспече­ния. При этом в новый технологический процесс могут передавать­ся не только структура (операции, оборудование, переходы и т. д.), но и ранее рассчитанные режимы резания, связи с таблицами тру­дового и материального нормирования, а также другие параметры.

Четвертый метод. Составление технологии обработки заготов­ки на основе обобщенного технологического процесса, разработан­ного для наиболее сложной и трудоемкой «комплексной» детали.

Для составления обобщенного технологического процесса обработки «комплексной детали» все детали на заводе группируют по конст­руктивно-технологическим признакам. В условиях серийного и мелкосерийного производства группирование деталей обычно производят по типу используемого для их обработки оборудова­ния, технологического оснащения, по общности наладки станков.

Для наиболее сложной и трудоемкой «комплексной детали» груп­пы разрабатывают обобщенный технологический процесс обра­ботки, подбирают необходимые станки, инструменты и техноло­гическую оснастку.

Чертеж детали разбивают на элементарные поверхности. Для каждой элементарной поверхности предусматривают обработку на определенных станках. Конструкция реально или условно существующей «комплексной детали» должна содержать все основные элементы (поверхности), которые характерны для деталей данной группы.

Составленный на комплексную деталь технологический про­цесс обычно с небольшими доработками оборудования может использоваться для обработки любой детали данной группы. Из этого процесса исключают «лишние» операции и переходы, ко­торые были предназначены для тех поверхностей, которых нет на данной детали, а при необходимости редактируют или изменяют положение операций и переходов. Так, типовой технологический процесс для валов может предусматривать обработку шпоночно­го паза. Если конкретный вал не содержит шпоночный паз, то эта операция не будет предусмотрена в проектируемом технологиче­ском процессе.

По мере расширения количества элементов, представленных в комплексной детали, возрастает вероятность того, что техноло­гия изготовления новой детали, поступившей в производство, будет спроектирована автоматически.

В типовом технологическом процессе разрабатывают следу­ющие положения:

• методы базирования заготовки и используемые техноло­гические операции;

• режущие инструменты — их наименование, для обработ­ки каких типов поверхностей они предназначены, геоме­трические параметры, материал режущей части, получа­емая точность, период стойкости;

• условия резания (прерывистое или непрерывное, нали­чие корки и т. п.);

• точность обработки, шероховатость обработанной по­верхности, величины припусков, режимы резания: ско­рость резания V, подача s, глубина резания t);

• оборудование, используемое на каждой операции — мо­дель станка, габаритные размеры обрабатываемых на нем заготовок, число оборотов шпинделя и возможные пода­чи, потребляемая мощность;

• вспомогательный и измерительный инструмент для каж­дой операции;

• сведения о технологической оснастке, в том числе — о приспособлениях, которые установлены на станках. Для установки деталей на станках в единичном и мелкосе­рийном производстве широко используют приспособле­ния, собранные из нормализованных деталей и подсборок;

• анализ операционных линейных размеров, расчет техно­логических размерных цепей;

• расчет себестоимости обработки детали по предлагаемо­му варианту.

Некоторые системы позволяют подобрать несколько техно­логических процессов, оставив окончательный выбор за техноло­гом. Недостаток метода: для разработки типового технологичес­кого процесса требуется значительная подготовительная работа — необходимо выбрать комплексную деталь, разработать техноло­гический процесс обработки ее элементов.

Исходные данные, определяющие режимы обработки, могут задаваться в диалоговом окне на специальной панели. Например, в САПР ADEM на панели дается название выполняемого перехо­да, указывается используемая смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), минутная подача инструмента, задаются такие параметры как начальная глубина, недобег и перебег. При растачивании ука­зываются такие параметры, как расположение оси инструмента, которая может быть установлена вертикально, горизонтально или под произвольным углом, а если задана обрабатываемая поверх­ность, то по нормали к ней.

Использование групповых технологических процессов и группирование операций облегчает автоматизацию проектных технологических решений и повышает уровень унификации тех­нологической оснастки.

Пятый метод. Разработка технологического процесса в автома­тическом режиме с использованием библиотеки стандартных моду­лей для локальных задач.

Для разработки в автоматическом режиме технологического процесса вначале необходимо построить математическую модель детали, которую рассматривают как совокупность взаимосвя­занных и взаимообусловленных поверхностей. Алгоритмы пост­роения технологического процесса в автоматическом режиме су­щественно отличаются друг от друга. Объясняется это тем, что процедуры разработки (синтеза) технологических процессов относятся к разряду трудно формализуемых.

Основные проблемы возникают при составлении программ­ных модулей и скриптов, связанных с решением задач нерасчет­ного характера: выбор заготовки, разработка маршрута обработ­ки детали, выбор станков, инструментов и т. д. Они объясняются трудностью формализации технологических задач и многовари­антностью возможных проектных решений.

Упрощенная схема синтеза технологического процесса в САПР предусматривает выполнение следующих работ:

• ввод описания чертежа детали;

• синтез маршрутов (планов) обработки для всех поверх­ностей детали;

• составление принципиальной схемы технологического процесса;

• выбор инструментов, металлорежущих станков, приспо­соблений;

• расчет режимов резания и нормирование;

• оформление документации.

На практике технолог сам выбирает степень автоматизации проектирования технологического процесса, наиболее подходя­щий для каждого конкретного случая. Можно, например, один технологический процесс проектировать в автоматическом ре­жиме, другой — в полуавтоматическом, а третий — в диалоговом режиме.

При описании множества структур технологического про­цесса, отличающихся количеством и составом элементов струк­туры можно использовать сетевую модель, На ее основе строится граф взаимосвязи технологических операций (операторов) и воз­можная последовательности их выполнения.

Использование САПР при составлении технологических процессов позволяет:

• уменьшить себестоимость и повысить качество разработ­ки технологического процесса для конкретной детали;

• более детально проектировать технологический процесс;

• унифицировать и стандартизировать технологическую оснастку и режущий инструмент за счет унифика­ции технологических проектных решений;

• снизить себестоимость проектирования технологичес­кой оснастки и режущего инструмента;

• упростить работы по планированию и организации про­изводства, включая улучшение учета применяемости оборудования, оснастки и инструмента.