_Sysoev_TMS_-lekcii

инструментов превышает число позиций на станке, то чаще всего обработку разделяют на две операции, осуществляемые с определенной перенастройкой станка и по соответствующим программам.

Детали, обрабатываемые на станках с ЧПУ, можно рассматривать как геометрические объекты. При обработке детали инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга по определенной траектории. Программа обработки детали задает движение определенной точки инструмента или его центра.

Для обработки детали по программе необходимо определить рабочие, подготовительные и вспомогательные траектории перемещения.

Относительно контура обрабатываемой детали траектория движения центра инструмента может располагаться по-разному: совпадать с контуром, быть эквидистантной контуру, изменять положение относительно контура по определенному закону. Для полной обработки детали (для выполнения заданной операции) траектория движения центра инструмента должна быть непрерывной.

Определить ее сразу как единое целое практически очень трудно, поскольку в общем случае программируемая траектория является достаточно сложной, определяющей перемещения центра инструмента в пространстве. Поэтому в практике программирования траекторию инструмента представляют состоящей из отдельных, последовательно переходящих друг в друга участков. Причем эти участки могут быть или участками контура детали, или участками эквидистанты.

Вобщем случае участки траектории движения центра инструмента и траекторию в целом удобно представлять графически, исходя из зафиксированного определенным образом положения контура обрабатываемой детали.

Отдельные участки контура детали и эквидистанты называются геометрическими элементами. К ним относятся отрезки прямых, дуги окружностей, кривые второго и высших порядков. Точки пересечения элементов или перехода одного элемента в другой находят как геометрические опорные (узловые) точки. Эти точки в большинстве случаев являются определяющими при задании положения элементов контура в пространстве. Это положение, так же как и величина и направление движения инструмента, задается в системе координат с определенной заданной нулевой точкой.

Такая точка может быть у станка (нулевая точка станка) или у детали (нулевая точка детали). Она является началом системы координат данной детали.

Нуль детали W может быть задан относительно нуля станка M соответствующими координатами xMW и yMW. Координаты в общем виде задаются совокупностью трех символов: символа оси (например x), обозначения исходной точки (например M) и обозначения конечной точки (например W). Свою систему координат имеет инструмент, приспособление. Естественно, что при программировании следует учитывать взаимосвязь всех систем координат.

Всистеме координат станка координатами xMO и yMO может быть за-

309

дана исходная точка 0, которая используется для начала работы по управляющей программе (УП). Обычно с этой точкой перед началом работы совмещают центр инструмента.

В станках с ЧПУ наиболее употребительны прямоугольные, цилиндрические и сферические системы координат.

Таким образом, в определенной системе координат контур детали и траектория перемещения центра инструмента относительно этого контура могут быть представлены геометрическими элементами с опорными точками, заданными координатами или в пространстве, или на плоскости.

На траектории движения центра инструмента могут быть назначены также и технологические опорные точки, т.е. точки, где изменяются какие-то технологические параметры.

При обработке детали инструмент может перемещаться или в одной плоскости – плоская обработка, при которой используются две управляемые координаты, или иметь сложное перемещение в пространстве – объемная обработка. Однако чаще всего объемные поверхности деталей обрабатываются строчками, каждая из которых является плоской кривой.

Опорные точки на траектории движения инструмента позволяют представить эту траекторию как определенную последовательность точек, проходимых центром инструмента при обработке детали.

Сначала в системе координат детали XдYдZд задают положение базовых элементов заготовки. Относительно нуля детали (точка W) задаются при программировании все опорные точки, определяющие траекторию движения центра инструмента при обработке.

При установке детали на станок положение нуля детали (точка W) будет зафиксировано относительно координатной системы станка XYZ координатами xMW, yMW и zMW. Если при обработке детали используется приспособление, то его координаты должны быть определены на станке относительно нуля станка (точка M). Система ZиNXи определяет координатную систему инструмента. При установке детали в приспособлении координатная система детали XдWZд должна совпадать с координатной системой приспособления XпGZп.

При программировании введение дополнительных опорных точек привод к резкому увеличению расчетов и объема УП. Поэтому в практике детальное представление заданной траектории движения инструмента между двумя опорными точками (с выдачей команд на соответствующие перемещения по осям) осуществляется с помощью специального вычислительного устройства – элемента УЧПУ – интерполятора. Интерполятор непрерывно, т.е. в каждый данный момент, в процессе перемещения (в соответствии с заданными приращениями) инструмента от одной точки к другой поддерживает функциональную связь между координатами опорных точек, т.е. обеспечивает отработку траектории в зависимости от вида функции.

Если функция выражает прямую линию, то отрабатываемая траектория будет линейной, а интерполятор называется линейным. В процессе работы такой интерполятор при исходных заданных перемещениях должен непре-

310

рывно поддерживать такое соотношение скоростей движения инструмента по осям, при котором инструмент будет перемещаться по заданной линейной траектории.

Обеспечить точно функциональную связь между движениями по осям координат в каждой данной точке траектории очень сложно. В большинстве существующих станков перемещение инструмента по заданной траектории осуществляется приближенно, путем включения подачи попеременно то вдоль одной, то вдоль другой оси.

При этом интерполятор системы управления непрерывно оценивает отклонения от заданной траектории и стремиться свести эти отклонения к минимуму. Скачки ступенчатой траектории при формировании заданной незначительны. Они равны или кратны цене одного управляющего импульса, поступающего из интерполятора, или импульса, формируемого датчиком обратной связи.

При программировании обработки кроме определения величины перемещения центра инструмента по траектории необходимо указать скорости перемещения инструмента между отдельными опорными точками, целый ряд вспомогательных технологических команд и др. Все это оформляется в виде расчетно-технологической карты (РТК) на обработку данной детали и карты кодирования программы.

В общем случае для составления УП необходимо иметь операционный эскиз детали, чертеж заготовки и РТК, дополненную таблицей координат опорных точек или расстояний между точками (приращений).

Типаж металлорежущих станков с ЧПУ характеризуется их технологическим назначением (для обработки определенных групп деталей: валов, фланцев, плит, кулачков, корпусных и других деталей), характером производства (мелкосерийное, серийное), требуемой точностью обработки (повышенной, высокой и особо высокой), а также возрастающими требованиями промышленности к станкам с ЧПУ по повышению производительности, надежности, удобства обслуживания и эксплуатации. Отличительной особенностью типажа является включение в него большого числа многоцелевых станков с ЧПУ, позволяющих комплексно обрабатывать различные детали за один установ.

Эффективность технологических систем определяют три фактора: качество выпускаемой продукции, производительность, число рабочих, занятых в производстве. Широкие перспективы повышения эффективности производства открылись в связи с внедрением в машиностроении станков с ЧПУ и гибких производственных систем.

Основными преимуществами станков с ЧПУ по сравнению с универсальными станками с ручным управлением являются повышение точности обработки; обеспечение взаимозаменяемости деталей в серийном и мелкосерийном производстве, сокращение или полная ликвидация разметочных и слесарно-притирочных работ, простота и малое время переналадки; концентрация переходов обработки на одном станке, что приводит к сокращению затрат времени на установку заготовки, сокращению числа операций, оборот-

311

ных средств в незавершенном производстве, затрат времени и средств на транспортирование и контроль деталей; сокращение цикла подготовки производства новых изделий и сроков их поставки; обеспечение высокой точности обработки деталей, так как процесс обработки не зависит от навыков и интуиции оператора; уменьшение брака по вине рабочего; повышение производительности станка в результате оптимизации технологических параметров, автоматизации всех перемещений; возможность использования менее квалифицированной рабочей силы и сокращение потребности в квалифицированной рабочей силе; возможность многостаночного обслуживания; уменьшение парка станков, так как один станок с ЧПУ заменяет несколько станков с ручным управлением.

Стоимость станков с ЧПУ значительно превышает стоимость станков с ручным управлением. Кроме того, возникают дополнительные затраты на подготовку программ управления, наладку инструмента вне станка, обслуживание механизмов станка и устройств ЧПУ. В условиях применения сложного, дорогостоящего оборудования необходимо более тщательно выполнять технологические разработки, выбирать режущий и вспомогательный инструмент, более полно использовать технологические возможности станка, правильно выбирать модель станка и номенклатуру обрабатываемых на нем деталей.

На основе обобщения опыта эксплуатации станков с ЧПУ установлено, что если при их внедрении штучное время сокращается на 50% по сравнению с обработкой на станках с ручным управлением, то, несмотря на дополнительные затраты, обеспечивается общее сокращение расходов. Наибольший экономический эффект дает обработка деталей на станках с ЧПУ, изготовление которых на станках с ручным управлением связано с использованием дорогостоящей технологической оснастки (кондукторов, копиров, фасонных режущих инструментов и т, д.), большими затратами времени на наладку технологической системы по сравнению с оперативным временем.

На станках с ЧПУ целесообразно изготовлять детали сложной конфигурации, при обработке которых необходимо одновременное перемещение рабочих органов станка по нескольким осям координат (контурная обработка), детали с большим числом переходов обработки (эффект обеспечивается в том числе из-за уменьшения брака). На станках с ЧПУ достаточно легко и с меньшими затратами можно откорректировать программу управления, поэтому на этом оборудовании можно изготовлять детали, конструкция которых часто меняется, причем на станках могут работать операторы более низкой квалификации, чем на универсальных станках с ручным управлением.

САПР технологических процессов. Современные системы автомати-

зированного проектирования решают комплексную задачу автоматизированной подготовки производства. Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой

312

(или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными (PDM – Product Data Management), управления процессом проектирования (DesPM – Design Process Management), пользовательского интерфейса CASE (Computer Aided Software Engineering) для разработки и сопровождения программного обеспечения САПР, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации и т. п.

Автоматизированное проектирование и автоматическое изготовление чертежей и документации с помощью компьютера имеют место на этапах выработки концепции нового изделия, конструирования изделия и разработки чертежей или технологического процесса.

САПРы, охватывающие полный цикл проектирования, состоят из трех основных частей, работающих как совместно, так и самостоятельно (в зависимости от программного пакета): САПР конструктора (CAD); САПР технолога (CAPP); САП управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM).

САПР конструктора начали развиваться как системы объектно-ориен- тированные. Выбирался типовой узел или сложная деталь, вводилось небольшое число исходных данных. Осуществлялось, как правило, автоматическое оформление чертежей с использованием графопостроителя. При таком процессе проектирования ограничен класс деталей или сборочных единиц, сложен процесс формализации. Значительная трудоемкость разработки программного обеспечения оправдывала затраты на автоматизацию только при проектировании сложных деталей, для которых требуется большой объем расчетов.

Развитие компьютерной техники позволило создавать автоматизированные рабочие места (АРМ) конструктора, имеющих развитый интерактивный графический диалог с пользователем, и объединенных в локальные сети

врамках КБ цехов и отделов.

Вкачестве программных систем такого типа можно назвать AutoCAD (США), CADdy (ФРГ), EUCLID (Франция), CADMECH (Белоруссия).

К достоинствам САПР при подготовке и выполнении инженерноконструкторских работ можно отнести следующие: быстрота, точность, качество, многократное использование, наличие специальных чертежных средств, ускорение расчетов и анализа конструкций при проектировании без необходимости проведения стендовых и эксплуатационных исследований, интеграция проектирования с другими видами деятельности.

Основными программными средствами в области компьютерного проектирования являются Solid Works, CATIA, Unigraphiks, Inventor, Pro En-

gineer.

Назначение САПР технолога состоит в автоматизации проектирования маршрутных и маршрутно-операционных технологических процессов обра-

313

ботки деталей.

Такие системы позволяют проектировать структуры ТП в различных режимах: с использованием библиотек типовых операций и переходов; с применением ТП-аналога; на основе группового ТП.

САПР ТП обязательно содержат базы данных (БД) по средствам технологического оснащения (оборудованию, приспособлениям, режущему, вспомогательному и мерительному инструментам, технологическим переходам и т.д.). САПР ТП позволяют рассчитывать режимы резания и проводить нормирование операций, редактировать операционные эскизы, а также автоматически оформлять маршрутные и технологические карты ТП. Примерами САПР ТП являются пакеты АВТОПРОЕКТ, ТехноПро, Вертикаль (Россия), TECHCARD (Белоруссия), ADEM (Германия).

САП управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM) позволяет выполнять автоматизированную подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ на компьютере. Основные возможности системы состоят в широком наборе программируемых видов обработки (сверление, развертывание, растачивание, нарезание резьбы, фрезерование), в автоматическом построении траектории движения инструмента, в графическом контроле УП на экране монитора с возможностью вывода на принтер или плоттер, в автоматизированном формировании карт наладки станка с ЧПУ и т.д. САП УП для станков с ЧПУ, как правило, совмещен с САПР технолога и входит в такие пакеты, как SPRUT CAM, MASTER CAM, CAM Works, Gemma 3D, DelCAM.

Структура комплексной автоматизированной системы технологи-

ческой подготовки производства. В настоящее время фирмы разработчики систем автоматизированного проектирования в области машиностроения стремятся создавать программные средства, которые решают вопросы всего производственного цикла изделия в комплексе. Такие средства объединяют графические пакеты для 2D и 3D моделирования, для подготовки управляющих программ для ЧПУ (CAM), технологические системы (САПР ТП), рас- четно-аналитические модули, системы технического документооборота и управления данными проекта, системы и программные модули управления производством или подразделениями, специализированное программное обеспечение и др.

Комплексное использование всех этих программных средств позволяет на базе единой информационной модели перейти на безбумажную технологию производства изделия.

К таким программным продуктам можно отнести Unigraphics (EDS

Unigraphics), Solid Edge (Intergraph), Pro Engineer (Parametric Technology Corp), CATIA (Dassault Systems), КОМПАС (АО «Аскон»), T-FLEX (АО «Топ Системы»), ADEM (Omega technologies).

Для обеспечения открытости САПР, ее интегрируемости с другими автоматизированными системами используют интерфейсы, представляемые реализованными в системе форматами межпрограммных обменов. Очевидно, что, в первую очередь, необходимо обеспечить связи между САЕ, CAD и САМ - подсистемами.

314

Обеспечение такой связи позволит комплексно решать задачи автоматизированной подготовки производства.

Рынок программных продуктов в области систем автоматизированного проектирования движется к созданию комплексных САПР, реализующих полное управление жизненным циклом продукции. Для этого в системах автоматизированного проектирования применяют различные виды обеспечения. Знания, умения и основные навыки использования того или иного вида обеспечения САПР требуются не только от разработчиков систем, но и от конечных пользователей.

Контрольные вопросы и задания

1.Назовите основные этапы разработки технологического процесса изготовления детали.

2.Назовите факторы, влияющие на выбор заготовки. Как выбрать заготовку?

3.Как устанавливают планы обработки основных поверхностей?

4.Назовите условия разделения технологического процесса на основные этапы механической обработки.

5.Принципы концентрации и дифференциации операций.

6.Приведите технологическую классификацию оборудования.

7.Как выбрать оборудование для операции? Дайте определения: технологическая и вспомогательная операция, переход.

8.Особенности разработки технических требований на операцию.

9.Назовите методы назначения припусков на механическую обработку

детали.

10.Расскажите о последовательности расчета припусков на механическую обработку детали.

11.Как рассчитать размеры детали, если деталь подвергается термической обработке?

12.В какой последовательности выполняют анализ точности механической обработки детали?

13.Как выбрать режимы резания: на токарную обработку, сверление, фрезерование, шлифование?

14.Если нет данных о частоте вращения шпинделя станка, то как правильно ее выбрать?

315

7. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ МАШИН

В структуре технологических процессов производства изделий машиностроения сборочные процессы являются завершающим этапом, на котором проявляются погрешности изготовления входящих в нее деталей, комплектующих и приборов.

Сборка является весьма трудоемким процессом. В машиностроении трудоемкость сборочных операций составляет 30…40 % от всей трудоемкости изготовления изделий. Величина трудоемкости зависит от сложности изделия и уровня механизации и автоматизации сборочных процессов.

Основными задачами при проектировании технологических процессов сборки является: обеспечение высокого качества изделий, достижение наибольшей производительности и экономичности изделий на основе повышения уровня автоматизации и механизации процессов, обеспечение конкурентной способности изделий на мировом рынке.

7.1 Общие понятия о сборке и формах ее организации

При проектировании технологических процессов сборки технологу необходимо не только разрабатывать техническую документацию, но и продумывать форму организации производства в зависимости от типа производства. Поэтому приходится определять рациональную последовательность сборки; выбирать методы обеспечения заданной точности изделия; назначать режимы сборки; выбирать или выдавать задание на проектирование инструментов, оснастки, оборудования, средств технического контроля; устанавливать нормы времени на выполнение сборочных операций; определять способы межоперационной транспортировки изделий; участвовать в проектировании планировки сборочного участка (цеха) и разрабатывать техническую документацию.

Степень углубленности технологических разработок зависит от назначения и вида изделия, типа производства и программы выпуска.

Разработку технологических процессов необходимо выполнять в соответствии со стандартами ЕСТД и ЕСТПП.

В качестве составных частей в сборке изделий (по ГОСТ 2.101−68) участвуют детали и сборочные единицы. В табл. 7.1 приведены только те понятия о сборке и формах ее организации, которые имеют некоторые отличия от общих определений, приведенных в разделе 1.

Сборочные работы классифицируют по следующим признакам (рис.

7.1):

По методу сборки: полная и частичная (неполная), селективная (груп-

повая), подгонка по месту и компенсация.

316

Таблица 7.1

Термины и определения, применяемые при разработке технологических процессов сборки изделий

ния технологического перехода (установка изделия, его закрепление, смена инструмента и т. д.).

317

По виду получаемых сборочных единиц:

а) общая сборка – готовое изделие, полученное путем соединения между собой всех деталей и сборочных единиц; б) блочная: узловая сборка – сборка, в процессе которой получают узлы, т. е. сборочные единицы на отдельных законченных n-этапах процесса сборки. Узлы, как правило, могут выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения и только совместно с другими составными частями; в) агрегатная сборка – сборка, в результате которой получена сборочная единица, отличающаяся автономностью, т. е. возможностью работы вне данного изделия, а также возможностью ее сборки независимо от других составных частей изделия и полной взаимозаменяемостью.

По характеру работ:

а) механическая сборка, связанная с получением механических изделий; б) электромонтажная сборка – сборка токопроводящих систем и магнитных цепей изделия;

По форме организации процесса:

а) индивидуально-бригадная сборка. Все работы от начала до конца вы-

полняет один сборщик или бригада сборщиков. Обычно применяется в единичном и опытном производствах на стационарных рабочих местах, работы

318