3.5. Проектирование технологических процессов методом синтеза.

Вторым основным методом проектирования технологических процессов является метод основанный на синтезе маршрутов и операций для проектирования единичной технологии.

Метод синтеза выделяет четыре уровня проектирования:

- уровень определения этапов обработки;

- нахождение маршрута обработки;

- проектирование отдельных операций;

- разработка рабочих программ для станков с ЧПУ.

Наиболее общие и приближенные решения принимаются на первом уровне. Уточнение решений происходит при опускании на следующий уро­вень проектирования, при этом часть решений, оказавшихся неприемле­мыми, отбрасывается.

Таким образом происходит многоступенчатый отбор и фильтрация ва­риантов в соответствии с принципом "неокончательных решений", что по­зволяет уменьшить количество просматриваемых решений.

На основе уточнения решений, выполняемых на нижнем уровне, воз­можен возврат к высшим уровням для корректировки ранее найденных ва­риантов, т.е. возникают обратные связи.

Таким образом, проектирование методом синтеза представляет собой итерационный многоуровневый процесс последовательной оптимизации проектных решений.

Рассмотрим некоторые основные элементы задачи проектирования технологических процессов методом синтеза, ограничившись первыми дву­мя уровнями проектирования.

На первом уровне проектирования определяется принципиальная схе­ма, которая представляет собой перечень этапов, необходимых для об­работки детали.

Этап - это часть ТП, характеризующаяся определенными методами обработки или точностью и шероховатостью поверхностей, достигаемыми на этом этапе.

На основе анализа технологических процессов большого количест­ва деталей были выделены тринадцать этапов. Отметим некоторые их них:

Э1 - заготовительный (получение заготовки);

Э2 - черновой (съем напусков и основных припусков);

Э3 - термический I (улучшение или старение);

Э4 - получистовой I (достижение для поверхности 11-13^го квалитетов и R_а = 2,5);

…

Э8 - чистовой 1 (6, 7 квалитеты и R_а =1,25);

…

Э12 - гальванический (хромирование, никелирование и т.п.)

Э13 - доводочный (R_а= 0,04).

Для получения принципиальной схемы ТП необходимо:

- определить промежуточные состояния поверхностей детали;

- определить вид исходной заготовки;

- определить план обработки каждой поверхности детали.

Выбор вида заготовки является необходимым этапом, т.к. харак­тер начальных операций зависит от того, какая заготовка будет выбрана отливка, поковка, штамповка, прокат и т.д.

Выбор заготовки зависит прежде всего от характеристик детали, объема выпуска, а также от методов получения заготовки, принятых на данном предприятии.

Из характеристик детали на выбор заготовки в первую очередь влияют форма детали, ее материал, габариты, точность и шероховатость поверхностей.

Для каждой детали в общем случае могут существовать несколько способов получения исходной заготовки и, следовательно, у детали может быть несколько видов заготовок. Необходимо оценить возможно­сть применения того или иного вида заготовок.

В простейшем случае каждому виду заготовок присваивается прио­ритет, исходя, например из прогрессивности способа получения заго­товок при заданном объеме выпуска. Из рассматриваемых видов загото­вок выбирают вариант имеющий наибольший приоритет. Остальные ва­рианты запоминаются в оперативной базе данных. Запоминание необходи­мо, так как при разработке операционной технологии может оказаться, что результаты проектирования заготовительной операции оказались от­рицательными. (Например, из-за особенностей конфигурации детали). В этом случае осуществляется возврат в блок назначения маршрута и выбирается следующий по приоритету вариант вида заготовки.

Следующая задача заключается в определении промежуточных сос­тояний поверхности детали. Понятие о состояниях поверхности детали и схемах перехода из одного состояния в другое мы рассматривали при изучении построения маршрута обработки методом адресации.

Далее для каждого состояния поверхности может быть найден технологический переход, с помощью которого поверхность переходит в следующее состояние, и этап, на котором этот переход выполняется.

Сложность заключается в том, что соответствие между состоянием поверхности и переходом, обеспечивающим данное состояние, не является взаимно-однозначным, так как одно и тоже состояние можно полу­чить разными способами.

Ранее было показано, что применительно к УТП всегда задан один способ получения поверхности, что облегчает решение указанной задачи. В методе синтеза за одной поверхностью приходится закреп­лять множество переходов.

Для большей определенности, как правило, на основе анализа ус­ловий конкретного производства устанавливаются приоритеты примене­ния переходов. Тогда, с помощью алгоритма выбора переходов и этапа обработки определяется кортеж:

KP_is=<P_i,s,l>, l=1,r

где

r - количество переходов, закрепленных за S- состоянием i -й поверхности;

P_i,s,1 - переход о наибольшим приоритетом;

P_i,s,r - переход о наименьшим приоритетом использования.

Соответствие между состоянием поверхности и переходом обычно выражается программно или в виде табличных алгоритмов (о помощью таблиц соответствий и таблиц решений).

Следующим этапом проектирования является определение укрупненных опе­раций и последовательности их выполнения.

Для этого для каждого этапа собирают вое переходы в него вхо­дящие. Внутри каждого этапа родственные переходы, которые в принци­пе могут обрабатываться на одном виде оборудования, объединяются в укрупненные операции. Таким образом этап будет представлять собой множество укрупненных операций.

Последовательность выполнения укрупненных операций определяют­ся в основном формой детали и простановкой размеров на чертеже.

Для определения влияния формы деталей вводится понятие ранга поверхности.

Поверхности делятся на основные (поверхности нулевого ранга), первого, второго и более высоких рангов.

Ранг определяется на основе геометрической операции отсечения. Рассмотрим пример на рис. 16.

Здесь поверхности I...4 являются основными (0-й ранг); повер­хности 5 и 8 получены отсечением части материала от основных поверхностей детали, поэтому им присвоен 1-й ранг. Поверхность 6 получе­на отсечением части пространства от 5-й поверхности, поэтому она имеет ранг 2, по аналогии поверхности 7 присвоен 3-й ранг.

Для первичного упорядочения операций используется предположе­ние о том, что поверхности заготовки обрабатывают в порядке возра­стания их рангов.

Для нашего примера, последовательность обработки элементов можетбытьпредставлена в следующем виде

Здесь уО_m - укрупненная операция;

P_i;(к) обозначение i-го перехода для К-й поверхности.

Укрупненной операции присваивается ранг, равный наименьшему рангу поверхности обрабатываемой на данной уо. Если упорядочить теперь уО в порядке возрастания рангов, то получим кортеж Э_m , отражающий порядок выполнения укрупненных операций.

Для нашего примера имеем:

Э_m=<УО₁,{УО₂,УО₃},УО₄,УО₅ >

Как видно из примера, могут встречаться укрупненные операции о одинаковым рангом (например, УО₂,УО₃ ) поэтому необходимо по­пробовать их упорядочить, т.е. определить последовательность обра­ботки таких У0. Для этого используются определенные правила, ряд которых связан с размерным анализом деталей. Такой анализ необходим для проверки выполнения основного технологического правила: базы должны обрабатываться раньше поверхностей, от них зависящих, при этом технологические базы должны совпадать с конструкторскими.

Для размерного анализа необходимо построить граф размеров, в котором о каждой вершиной сопоставлена поверхность детали, а реб­ро графа - это размер.

В первую очередь необходимо обрабатывать поверхности непосре­дственно связанные размером с уже обработанными к моменту размерно­го анализа поверхностями (базами). В последнюю очередь обрабатыва­ются поверхности, представленные висячими вершинами. Например, если для рассматриваемой детали, в чертеже заданы размеры А,В и С, то в первую очередь необходимо обрабатывать поверхности 8, так как она непосредственно связана с поверхностью 2 размером С, и только после обработки поверхности 8 можно обработать поверхно­сть 5.

Тогда можно записать:

Э_m=<УО₁, УО₃, УО₂, УО₄, УО₅>

Соответствующий граф размеров выглядит следующим образом:

Где PZ₄ и PZ₂ - вершины, обработанные к моменту размерного анализа

Однако, необходимо отметить, что не всегда удается упорядо­чить укрупненные операции» Например, если заданы размеры А,С,Д, то граф размеров имеет вид

PZ₅ и здесь УО₂, я УО₃

PZ₈ упорядочить не удается.

Алгоритм упорядочения в целом является сложным, малоформализованным процессом, связанным с выбором технологических баз и простановкой технологических размеров. Если не удалось упорядо­чить У 0 то в простейшем случае можно им присвоить приоритеты, фиксирующие, например, существующий порядок расстановки оборудования, так чтобы обеспечить прямоточность обработки (без петель и возвратов) по цеху. В более сложных случаях используют режим диалога.

После того, как произведено упорядочение У0, проектирование маршрутной технологии методом синтеза заканчивается.

Реализация метода синтеза при проектировании ТО основано на общем алгоритме проектирования операций рассмотренном ранее.

Следует отметить, что правила выбора и синтеза ТП формализо­ваны далеко не полностью, поэтому достоверность решений, проектируемых автоматически, невысокая. Обычно только 50 - 60% решений не требует корректировки. Поэтому в системы синтеза вводится диалог, Это же является и причиной того, что доля типовых решений в этом методе остается достаточно большой.