книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов
..pdfпрямых, или в точке их пересечения. Для этих точек находится значение/и
среди них определяется наибольшее.
После определения X] 01JT и *2 от вычисляют оптимальные значения элементов режима резания
5оЛ1. / г ” " / ю а .
Второй метод оптимизации режимов обработки - это оптимизация не в процессе проектирования, а при подготовке информационных массивов ус ловно-постоянной информации, например, при представлении выбора режи мов резания на языке таблиц решений.
6.6.3. Расчет норм времени
Нормы времени устанавливаются на каждую операцию согласно сле дующей формуле:
—*о + ^ + *орг + ^п »
где /ш - штучное время, г0 - основное время, |
гв - вспомогательное время, |
/т - время технического обслуживания, /орг - |
время организационного об |
служивания, /п - время на личные потребности.
Время /0 определяется по таблицам нормативов или рассчитывается
по формуле
/ |
- |
__ ^вр + I + ^сх |
‘о |
------------------------ , |
|
|
^мин |
^об ‘ п |
где I, - длина пути инструмента, /вр ~ величина врезания, / - длина обраба тываемой поверхности, /сх ~ величина перебега (схода) инструмента.
Системы автоматизированного расчета режимов резания и норм вре мени —одни из первых САПР технологического назначения. Расчетные зада чи достаточно хорошо формализуются, в основном они могут быть отнесены к группе вычислительных задач. Информационной базой таких систем явля ются справочники по режимам резания и нормам времени.
На предприятиях находятся в эксплуатации десятки систем автомати зированного расчета режимов резания и норм времени для различных видов процессов механической обработки. Они отличаются друг от друга инфор мационным обеспечением (заводские, отраслевые нормативы и т.д.), охва
том операций, формами организации алгоритмического и программного обеспечения.
6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ
6.7.1. Основные понятая в области систем ЧПУ
Главная особенность станков с ЧПУ заключается в задании программы обработки заготовки в числовой форме. Траектория движения инструмента относительно обрабатываемой заготовки задается в виде ряда последова тельных положений, каждое из которых определяется численными значе ниями координат в принятой системе.
Сочетание численных значений, определяющих ряд последовательных положений инструмента (или, иначе, ряд опорных точек траектории), пред ставляет собой управляющую программу (УП) работы станка. Наряду с ин формацией о перемещениях рабочих органов УП содержит сведения о часто те вращения шпинделя, подаче, применяемой СОЖ, смене и коррекции инструмента.
Устройство, выдающее управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с УП, называют устройством числового про граммного управления (УЧГТУ).
Система числового программного управления (СЧПУ) - совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и про граммных средств, обеспечивающих числовое программное управление (ЧПУ) станком.
Системы ЧПУ классифицируют в зависимости от формообразования при обработке на контурные, позиционные и универсальные, в зависимости от структуры системы управления - на замкнутые и разомкнутые.
Позиционные системы обеспечивают точную установку инструмента на рабочую позицию без задания траектории (применяют в основном для сверлильных и расточных станков).
Контурные (непрерывные) системы характеризуются формообразова нием обрабатываемой поверхности по заданному контуру на токарных, фре зерных, электроэрозионных станках.
Универсальные или комбинированные системы предназначены как для контурной, так и для позиционной обработки.
Замкнутые системы программного управления представляют собой следящие системы; они содержат элементы, позволяющие следить за поло
жением рабочих органов.
Разомкнутые системы характеризуются тем, что их рабочий орган пе ремещается под действием привода (например, тяговых двигателей) и его положение не контролируется.
По числу управляемых движений (координат) системы ЧПУ могут быть двух-, трех-, четырех-, пятикоординатными. Однако некоторые системы построены так, что согласованные перемещения возможны не по всем коор динатам одновременно, а только при отсутствии движения по одной из осей
координат. Такие системы обозначают дробным числом, добавляя к целому числу согласованно работающих координат еще половину координат.
Для обработки заготовки на токарном станке обычно достаточно двух координат по числу двух основных направлений подач - продольной и попе речной. Для токарного станка, оснащенного двумя суппортами (например, станок модели 1734ФЗ), становится необходимой четырехкоординатная сис тема управления. Сверлильные станки с ЧГГУ обычно являются даухкоординатными, поскольку основная задача состоит в совмещении инструмента с осью отверстия. Для расточных станков чаще применяют трехкоординатные системы. Фрезерные станки должны иметь не менее трех одновременно управляемых координат для обработки сложных криволинейных поверхно стей. Установлено, что наиболее рациональными являются пятикоординат ные фрезерные станки, у которых дополнительно программируются поворо ты заготовки и наклоны инструмента, что позволяет обработать труднодос тупные участки поверхности и улучшить в отдельных случаях условия реза ния.
В соответствии с международной классификацией системы ЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие классы:
NC (Numerical Control) - СЧПУ с покадровым чтением перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки;
SNC (Stored Numerical Control) - СЧПУ с однократным чтением пер фоленты перед обработкой партии одинаковых заготовок;
CNC (Computer Numerical Control) - СЧПУ со встроенной мини-ЭВМ (компьютером, микропроцессором);
DNC (Direct Numerical Control) - системы прямого числового управле ния группами станков от одной ЭВМ;
HNC (Handled Numerical Control) - оперативные СЧПУ с ручным на бором данных на пульте управления.
Устройства ЧГГУ различают по поколениям (табл. 6.9) в зависимости от использованной элементной базы.
Устройства первого поколения выполнены на реле и элементах с низ кими частотными параметрами, они характеризуются ограниченными функ циональными возможностями.
Устройства второго поколения выполнены на электронных элементах с более высокими частотными характеристиками и обладают сравнительно широкими возможностями.
Устройства третьего поколения выполнены на базе интегральных элементов, некоторые из них приспособлены для решения специальных за дач.
Типы устройств ЧПУ
Станочная |
Первое и второе |
|
Третье поко |
Четвертое по |
Третье по |
ление с рас |
коление (мик |
||
группа |
поколения |
коление |
ширенными |
ропро |
|
|
|
функциями |
цессорное) |
Токарная |
Контур 5П-69; Кон Н22-1 |
1Н22; Н22-1М; |
1Р22; «Элек |
|
|
тур 2ПТ-71; |
|
«Луч-2Т» |
троника НЦ- |
|
ЭМ-907А контур - |
|
|
31»; |
|
ЗП |
|
|
2У32; 2У22; |
|
|
|
|
2Р22 |
Фрезерная |
Контур 2ПТ-71/3; |
НЗЗ-1 |
НЗЗ-2; 1НЗЗ; |
2Р32; 2С42; |
|
ПРС-ЗК; |
|
НЗЗ-Н; |
2С42-61; |
|
Контур 4МИ; Кон |
|
Курс 332; |
2У32-61 |
|
тур ЗМИ; Контур |
|
Н55-1 ;Н55-2; |
|
|
ЗП-68; Кошур 5П |
|
УЗЗ-1;УЗЗ-2 |
|
Сверлильно- |
Координата |
2П32-8; |
2П52; |
|
расточная |
Р68(69); Координа |
2П32-ЗМ; |
2П62-ЗИ; |
|
|
та С-70/3; П32-3; |
П62-3 |
«(Размер 2М» |
|
|
П32-ЗА; |
|
|
|
|
П32-1 |
|
|
|
Шлифоваль |
П111;П216; П11М |
ПШ-13 |
|
|
ная |
|
|
|
|
Электрофи |
Контур 2П-67 |
|
|
2М-32 |
зическая |
|
|
|
(разряд-110); |
|
|
|
|
2М-43; |
|
|
|
|
2М43-22 |
Много |
|
|
У55-2; |
2С85 |
целевая |
|
|
«Размер 4>» |
|
Таблица 6.9
Пятое и шестое поколения (микропроцес сорные и мно гоцелевые)
«Электроника НЦ80-31»; 2Р32М; 2УЭ2-61; CNC-T(O), ИЦО-П; И1ДО-ПБ; ИЦО-ПЮ-Ю; «Размер 5»; 2С85-61; 2С85-62; 2С85-63; 2С42-65; ЗС150-16
Современные УЧПУ относятся к четвертому и пятому поколениям. Их выполняют по агрегатно-блочному принципу и оснащают узлами: блока ми технологических команд; устройствами коррекции радиуса, длины и по ложения инструмента; скорости подач, скорости резания, индикации пере мещений; устройствами для нарезания резьб; блоками контроля и останова. В настоящее время произошел переход к универсальным (контурнопозиционным) устройствам. Большое удобство при разработке УП дает при менение блоков для отработки стандартных программ (циклов), содержащих повторяющуюся информацию в программах. Практически в состав всех вновь создаваемых УЧПУ входит микроЭВМ.
Для обработки детали на станках с ЧПУ необходимо тщательно про работать технологический процесс. Такая проработка требует проектирова
ния не только отдельных рабочих ходов, но и расчленения каждого из них на шаги, представляющие собой перемещения инструмента вдоль определенно го геометрического элемента детали. Шагами являются отдельные переме щения инструмента вдоль прямой или окружности с постоянной подачей или отдельные участки поверхности детали, обрабатываемые с разными режима ми резания. Другой особенностью разработки является необходимость точ ного расчета траектории инструмента на всем его пути.
6.7.2. Системы автоматизации программирования
При использовании ЧПУ появляется новый элемент технологического процесса - управляющая программа, закодированная и нанесенная на про граммоноситель (перфоленту, магнитную ленту, гибкие магнитные диски). Поэтому технологическая подготовка для станков с ЧПУ включает в себя кроме традиционных расчетов такие дополнительные работы, как расчет тра ектории инструмента, кодирование управляющей программы, нанесение УП на программоноситель, контроль программы с помощью специальных средств. Имеются два варианта разработки УП - ручной и автоматизирован ный.
В связи с тем, что перечисленные этапы проектирования используют формализованные математические и логические методы решения, они и бы ли автоматизированы в первую очередь. Их используют в промышленности в качестве различных систем автопрограммирования траекторий движения ин струментов с помощью ЭВМ. Применение ЭВМ требует, во-первых, разра ботки специального программно-методического обеспечения (ПМО), реали зующего комплекс алгоритмов для решения геометрических и технологиче ских задач подготовки УП, а во-вторых, - разработки проблемноориентированного языка для записи и ввода в ЭВМ исходной информации (программы) о геометрии обрабатываемой детали, траектории движения ин струмента и технологической информации при обработке. Это ПМО принято
называть системой автоматизации программирования (САП) для станков с ЧПУ
САП различны по назначению, области применения, уровню автома тизации, форме записи исходной информации, параметров используемых ЭВМ и их работы при подготовке УП. Формирование УП можно рассматри вать как процесс переработки информации. При этом исходная программа
обработки детали является для САП входной информацией, а УП - выход ной.
Обычно УП формируется в два этапа. На первом этапе процессор (устройство для выполнения исходной программы) перерабатывает инфор мацию с помощью программного блока САП, представляющего собой эле мент ПМО. Этот программный блок так же, как и вычислительный блок ЭВМ, называется процессором. Он позволяет выполнять на ЭВМ комплекс
геометрических, а в некоторых системах и технологических расчетов, решать задачу безотносительно к конкретному сочетанию система управления - станок.
Результатом работы процессора является полностью рассчитанная траектория движения инструмента. Логическая и физическая структура таких данных, называемых промежуточными, может быть различна для разных САП и ЭВМ. Существуют, однако, рекомендации ИСО по структуре проме жуточных данных. Эта форма представления данных носит название CLDATA (от английского выражения Cattcr Location Data - данные о поло жении инструмента) и представляет собой вид промежуточной информации «процессор-постпроцессор». Постпроцессор - программа, которая произво дит некоторое конечное вычисление.
Постпроцессор реализует второй этап переработки информации и ориентирован, в отличие от процессора, на конкретное сочетание система управления - станок. Вызов того или иного постпроцессора осуществляется автоматически по указанию технолога-программиста. Обычно САП содер жит набор постпроцессоров, которые обеспечивают формирование УП для определенного парка оборудования с ЧПУ.
К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано бо лее ста САП, если учитывать их модификации и версии для различных ЭВМ. Рассмотрим некоторые отечественные САП.
САП ТЕХТРАН - 2.5- и 3-координатная система, система входного языка которой близка к структуре языка, рекомендованного ИСО. При про граммировании можно использовать макропроцедуры, которые могут вызы ваться из библиотеки.
САПР ЧПУ - универсальная система с автономным инвариантным постпроцессором, интерактивным графическим вводом и интерфейсом к сис темам Автокад, Евклид, СADDS, БПАПТ/ПК, САП УФА/ПК, ANVIL, DUCT,
MODAPT/PC.
К зарубежным САП относится САП APT (США), на базе которой бы ли сформированы ее модификации ADAPT для фрезерной обработки и AUTOSPOT - для сверлильных операций.
САП APT послужила также основой для создания за рубежом целой группы САП: ЕХАРТ (ФРГ), NELNC (Великобритания), IFAPT (Франция),
FAPT (Япония), MODAPT (Италия) и др.
Большинство современных конструкторских CAD-систем (САПР И) используют геометрическую модель детали для разработки УП. Это такие системы, как «Компас» (подсистема «Компас-ЧПУ»), Т-Flex CAD (Т-Flex ЧПУ), Adem (Adem CAM), Unigraphics, CAT1A, Гемма-ЗИ, Рго/Engineer и др. Краткая их характеристика приводится в главе 7.
6.8.Проектирование технологических процессов сборки изделия
6.8.1.Общие положения сборки изделия
Сборка - это образование разъемных или неразъемных соединений из составных частей заготовки или изделия.
Процесс сборки является заключительным этапом изготовления изде лия, в значительной степени определяющим его основные эксплуатационные качества. Это связано с тем, что в процессе сборки могут возникнуть по грешности взаимного расположения деталей, существенно снижающие точ ность и служебные качества собираемого изделия. Причинами возникнове ния погрешности могут быть:
1. Ошибки, допускаемые рабочими при ориентации собираемых дета лей и фиксации их положения (зазоры, грязь и стружка между сопрягаемыми поверхностями, непостоянство усилий затяжки и т.п.).
2.Погрешности установки калибров и измерительных средств, при меняемых при сборке; погрешности регулирования, пригонки и контроля точности положения детали.
3.Относительные сдвиги деталей в промежутке времени между их ус тановкой и фиксацией в этом положении.
4.Образование задиров на поверхностях и упругие деформации, на рушающие точность и плотность соединений.
Выполнение сборочных работ связано с большой затратой времени, которое составляет 25 - 40% от общей трудоемкости изготовления изделия. Следует отметить, что основная часть слесарно-сборочных работ выполняет ся вручную, что требует больших затрат физического труда и высокой ква лификации рабочих.
Сборка может осуществляться простым соединением деталей, запрес совкой, свинчиванием, сваркой, пайкой, клепкой и склеиванием. По объёму сборка подразделяется на общую, объектом которой является изделие в це лом, и на узловую, объектом которой является составная часть изделия, т.е. сборочная единица или узел.
Вразличных типах и условиях производства по перемещению соби раемого изделия сборка подразделяется на стационарную и подвижную, по организации производства - на непоточную и поточную.
Непоточная стационарная сборка характеризуется тем, что весь про цесс сборки и его сборочных единиц выполняется на одной сборочной пози ции: стенде, станке, рабочем месте, на полу цеха. Этот вид сборки может вы полняться без расчленения работ.
Непоточная подвижная сборка характеризуется последовательным перемещением собираемого изделия от одной позиции к другой. Технологи ческий процесс сборки разбивается на отдельные операции.
Поточная сборка характеризуется тем, что при построении ТП сборки отдельные операции процесса выполняются за одинаковый промежуток вре
мени - такт, или за промежуток времени, кратный такту. При этом на более продолжительных операциях параллельно работают несколько рабочих.
При поточной стационарной сборке собираемые объекты остаются на рабочих позициях в течение всего процесса сборки. Рабочие (или бригады) переходят от одних собираемых объектов к следующим через периоды вре мени, равные такту.
При поточной подвижной сборке собираемые объекты непрерывно или периодически перемещаются.
В процессе сборки необходимо обеспечить взаимное расположение деталей в пределах заданной точности. Одним из средств определения ра циональных допусков является расчет и анализ размерных цепей. При расче те размерных цепей могут быть использованы следующие методы достиже ния точности замыкающего звена:
-полной взаимозаменяемости изделий с расчетом размерной цепи на максимум и минимум - точность замыкающего звена достигается путем включения составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений;
-неполной взаимозаменяемости изделий с расчетом по вероятност ному методу - у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, возможен определенный риск несобираемости;
-групповой взаимозаменяемости (селективной сборки) - точность достигается путем включения составляющих звеньев, принадлежащих к од ной из групп, на которые они предварительно рассортированы;
-пригонки - точность достигается изменением размера компенси рующего звена путем удаления слоя материала;
-регулирования - точность достигается изменением размера или по ложения компенсирующего звена без удаления слоя материала за счет конст рукции (винтовая пара, клин, набор прокладок, передвижные втулки);
-сборки с компенсирующим материалом, вводимым в зазор между сопрягаемыми поверхностями после их установки в требуемое положение.
Последовательность сборки в основном определяется конструкцией изделия, компоновкой деталей и методом достижения требуемой точности и может быть представлена в виде технологической схемы сборки, являющей ся условным изображением порядка комплектования изделия при сборке.
Схемы сборки позволяют наглядно представить весь технологический процесс, проверить правильность последовательности операций. На схемах каждый элемент изделия обозначается прямоугольником, в котором указы ваются его наименование, индекс и количество элементов (рис. 6.5).
Деталь или ранее собранная сборочная единица (сб. ед.), с которой начинается сборка изделия и к которой присоединяются другие детали или сборочные единицы, называется базовой деталью или базовой сборочной
единицей.
Рис. 6.5. Технологическая схема сборки изделия: Д 1 - базовая деталь; Дг, . . •, Дз, сб. ед. № 1, сб. ед. N2 2 - составные части изделия
Процесс сборки изображается на схеме горизонтальной линией в на правлении от прямоугольника, обозначающего базовую составную часть, до прямоугольника, обозначающего готовое изделие (или сборочную единицу). Выше горизонтальной линии указываются детали, ниже - сборочные едини цы. Для каждой сборочной единицы могут быть построены аналогичные схемы.
После разработки схемы сборки устанавливается состав необходимых сборочных и контрольных работ и определяется содержание технологиче ских операций и переходов.
6.8.2. Формализация задач проектирования ТП сборки
Основной трудностью при автоматизации проектирования ТП сборки является низкий уровень обобщения предлагаемых решений по сравнению с уровнем обобщения решений задач при механической обработке.
Процесс проектирования ТП сборки направлен на решение следую щих основных задач:
- определение оптимальных методов и организационных форм сбор
ки;
-определение последовательности сборки;
-определение необходимых средств (оборудования, оснастки, инст
румента);
-определение места в маршруте и состава несборочных, но входя щих в ТП сборки операций (операций механической обработки, защитных покрытий, смазки, промывки);
-определение необходимости контрольных операций, их места в маршруте и состава;
-формирование операций;
формирование переходов.
Все эти задачи с позиций формализации можно разделить на две группы:
1)определение последовательности сборки;
2)определение средств для каждого этапа сборки.