Ю.П. Мочаев, канд. техн. наук Курский государственный технический университет

Моделирование процесса проектирования технологии механообработки заготовок с использованием автоматно-токарного оборудования

Представлен метод автоматизированного проектирования технологий механообработки деталей различной формы из прутковой заготовки в серийном производстве, построенный на использовании математического аппарата теории графов

и логики.

САПР технологического проектирования механического изготовления деталей традиционно строились на основе широкого применения таблиц принятия решений, таблиц соответствий и т.п., отражающих логические связи между свойствами детали и заготовки, с одной стороны, и свойствами средств технологического оснащения (оборудование, приспособления, оснастка и т.п.) - с другой [1]. При этом свойства детали описывались с помощью кодовых комбинаций, что для пользователя было неудобно само по себе. Реализация современных возможностей автоматизированного формирования кода в процессе создания чертежа детали на экране компьютера устраняет это неудобство, но не меняет методики проектирования по сути.

Иной подход к разработке САПР технологического проектирования излагается в настоящей статье. САПР изначально ориентировалась на токарно-автоматный участок конкретного предприятия. Для автоматизации принятия технологических решений был выбран аппарат математического моделирования дискретного производства, описанный в работах [2], [3], с использованием моно- и полихроматических графов.

Для выявления значимых свойств объектов производства были проанализированы рабочие чертежи и технологии изготовления деталей свыше 300 наименований. На основе технологического подобия выбрано 13 деталей-представителей, эскиз одной из них изображен на рис. 1. Анализ формы показал, что кроме поверхностей вращения встречаются лыски, пазы, несоосные отверстия и другие элементы, подлежащие обработке на фрезерных и сверлильных станках.

Рис. 1. Эскиз детали "штуцер"

В табл. 1 дана матрица MVL4, описывающая свойства любой из деталей рассматриваемого класса. Матрица отображает структуру построения операционного чертежа. Она получается автоматически при формировании образа детали на экране компьютера. При этом используется библиотека конструктивных элементов. Их параметрические характеристики (размеры, точность, шероховатость и т.д.) заносятся в отдельный файл.

Традиционное отображение свойств детали в виде вектора VL2 [3] здесь не подходит по двум причинам. Во-первых, для описания всех свойств, которые могут быть присущи деталям рассматриваемого класса, длина вектора должна превысить 400 знакомест, что крайне неудобно для пользования. Во-вторых, при разработке технологического процесса нас интересуют свойства детали как объекта технологии. Это значит, что очень важно с самого начала определить число проходов, необходимых для достижения заданного качества поверхностей. Такой подход позволяет наложить требуемое число слоев припуска на каждую обрабатываемую поверхность, а также определить напуски. Таким образом, структура операционного чертежа предопреде­ляет состав переходов всего технологического процесса. Эта информация в классическом варианте отображается технологическим вектором VL4, а в нашем случае - технологической матрицей свойств объекта производства MVL4 (табл. 1):

где F_i(A) - контур ступени наружной или внутренней (i = = 1,2, 3,..., n, n - переменно); f_i(A) - контур отдельного конструктивного элемента (j = 1, 2, 3,..., k, k — постоянно).

Таблица 1

Структурная модель математического отображения детали "штуцер"

Свойства заготовки описываются аналогичной по структуре построения матрицей MVL1 = [F_i(A)₀ x f_i(A)₀]. логические величины которой равны нулю за исключением тех, которые отображают уже реализованные в заготовке свойства. Обычно это необработанные ступени детали.

Разработан обобщенный маршрут М*, представленный на рис. 2. Его особенностью является то, что длина индивидуальных маршрутов обработки конкретных деталей может быть различной от М₁ = (Т₁, Т₇), состоящего из двух операций: токарно-автоматной и контрольной, до М_i=(T₁, Т₂, Т₄, Т₅, Т₆, Т₇), состоящего из шести операций. Содержание каждой операции Т_i={τ₁„ τ₂,..., τ_k.} определяется составом элементарных обрабатываемых поверхностей, получение которых возможно рассматриваемой операции в соответствии с технологическим потенциалом станка.

Рис. 2. Обобщенный маршрут М* токарно-автономного участка

Свойства производственной системы многоинструментальных автоматов и полуавтоматов также разделяются на структурную и параметрические составляющие технологического потенциала. Матрица структурной составляющей потенциала токарно-револьверного оборудования ML2 = [F(τ_k) x f_i(A)] (табл. 2) разрабатывается по методике, аналогичной методике разработки матрицы свойств детали MVL4. В качестве технологических операторов выступают инструментальные переходы. В модели каждому столбцу множества F_r = {F₁, F₂,..., F_n} ставится в соответствие цвет.

Таблица 2.

Используемый технологический потенциал токарно-револьверного автомата для детали “штуцер”

Проблема проектирования по таким матрицам состоит в том, что в момент принятия решения по составу инструментальных переходов состав элементов потенциала оборудования должен соответствовать составу свойств объекта производства, т.е. один и тот же станок должен иметь разные матрицы структуры потенциалов, зависящие от свойств обрабатываемой детали. Решить такую задачу можно, если разработать алгоритм формирования используемого потенциала станка в зависимости от постоянной составляющей его свойств и переменой составляющей свойств обрабатываемой заготовки. В нашем случае это достигается путем "раскраски" в соответствующие наборы цветов ступеней обрабатываемой детали. Формирование такой матрицы возможно осуществить по принципу конъюнкции логических величин. Если из вектора F_i(A) выделить подмножество свойств F₁^’(A), которые могут быть достигнуты на оборудовании рассматриваемого типа, то при выполнении условия F₁^’(A)^AF(τ_k)=F_i^’(A) столбец F(τ_k)из матрицы постоянного потенциала переносится в матрицу используемого потенциала и тем самым участвует в принятии проектного решения по составу переходов в наладке токарно-револьверного автомата.

Проектирование объединения инструментальных переходов и последовательности их выполнения с расчетом профиля кулачков осуществляется на последующих этапах по моделям, которые здесь не обсуждаются.

Рассмотренная методика позволяет автоматизировать процедуру проектирования маршрута обработки любой детали рассматриваемого класса в условиях конкретной технологической системы, в составе которой имеется токарно-автоматное оборудование.

Список литературы

1. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под ред. чл.-корр. АН БССР Г.К. Горанского. М.: Машиностроение, 1976. 240 с.

2. Павлов В.В. О математическом моделировании дискретного производства / Информационные технологии, 1995, № 0. С. 15-19.

3. САПР. Типовые математические модели объектов производства в машиностроении / Методические указания РД—50—464—84. М.: Изд. Стандартов, 1985. 202 с.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, №2. 1997.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ