CC BY
8
период;
- прост в использовании;
- универсален, и может использоваться под любые свойства технологического процесса. Список использованной литературы:
1. Кравченко Е.Г., Забарина Т.Ю., Степанов А.А. Методика оценки качества технологических процессов. // Современные материалы, техника и технологии. - 2016. - №1. - С. 118-120.
© Горячева Н.В., Мошкина Е.С., 2020
УДК 621.01: 621.9.01
Ф. Ю. Игнатьев
аспирант ДВФУ г. Владивосток, РФ Научный руководитель: Колесникова О. В.
к.т.н., доцент
доцент кафедры ТПП Инженерной школы ДВФУ
г. Владивосток, РФ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ РАЗМЕРНЫХ СВЯЗЕЙ ОБРАБОТКУ ДЕТАЛИ
Аннотация
В статье проведено исследование влияния структуры размерных связей на обработку детали и поиска возможных вариантов простановки размерных связей позволяющих провести последовательную обработку детали. Исследование размерных связей проводилось с помощью теории графов и алгоритма формирования последовательности смены комплектов баз для вариантов задания размерных связей между поверхностями детали.
Ключевые слова:
Машиностроение, проектирование технологии, размерные связи, угловые размерные связи.
Введение
Конструкцию детали можно представить виде набора элементарных поверхностей, а именно плоскость, цилиндр, шар и совокупность взаимосвязей между данными поверхностями, отражающие их взаимное расположение. Взаимосвязи между элементами конструкции детали отражается на чертежах в виде размеров. В процессе проектирования будущего изделия конструктор формирует качества необходимые для оптимальной работы. От данного набора качеств к детали, определяются требования к точности изготовления и взаимного расположения поверхностей. Исходя из этого можно сказать, что установленные размерные связи характеризуют конструкцию детали.
Основными задачами, которые решаются при проектировании технологических процессов механической обработки являются определение способа отделения материала от заготовки, обеспечение геометрической формы для всех поверхностей и обеспечение их взаимного расположения [5, 7, 4]. Далее в качестве исследования выбрана задача обеспечения взаимного расположения поверхностей [9, 10].
Построение и исследование графов размерных связей
Проведенные ранее исследования [3, 5, 4] показали, что существует множество вариантов простановки размерных связей. Исследования проводились на конкретном примере (рис. 1) с использованием теории графов.
Z
X
Рисунок 1 - Конфигурация объекта с обозначением поверхностей
Взаимосвязи между поверхностями геометрической конфигурации объекта удобно представлять в виде графов, где вершинами являются поверхности, а ребрами графа - размерные связи [6, 7].
Исследование графов размерных связей проводилось с использованием алгоритма формального синтеза последовательности базирования при обработке деталей [7]. Проведенный расчет различных сочетаний простановки размерных связей показал, что не все варианты размерных связей приводят к схождению алгоритма, и соответственно позволяют определить последовательность базирования детали при обработке.
При выполнении исследования была поставлена задача найти признаки сходимости алгоритма формирования последовательности смены комплектов баз для вариантов задания размерных связей между поверхностями детали, показанной на рис. 1. Если обратиться к ГОСТ 2.307-2011 [2], который гласит «Общее количество размеров должно быть минимальным, но достаточным для изготовления и контроля изделия», то можно увидеть, что выбранная геометрическая конфигурация, представленная на рис. 1, отвечает данным требования. Однако отсутствие размерных связей между конкретными поверхностями приводит к неопределенности, что не позволяет оценить возможность использовать поверхности в качестве баз.
Для выявления признаков сходимости вариантов простановки размерных связей было принято решение рассмотреть варианты, в которых проставленные связи в угловых направлениях должны образовывать условный замкнутый контур, как показано на рис. 2.
XL
Y1
ZI
Рисунок 2 - Графы размерных связей
Первоначально весь комплекс поверхностей является необработанным, поэтому для моделирования процесса обработки необходимо добавить три черновые поверхности 2ч, 3ч и 5ч (условно параллельных поверхностям 2, 3 и 5 соответственно), которые связаны размерами с поверхностями 1, 4 и 6 соответственно. Полученные графы размерных связей показаны на рис. 3.
Рисунок 3 - Графы размерных связей с черновыми поверхностями
Так как для обеспечения фиксации детали необходимо только ограничить шесть степеней свободы. Поэтому выбрано что поверхность 2ч ограничивает три степени свободы (XI, Ya, 2а), поверхность 5ч ограничивает две степени свободы (21, Ха), и поверхность 3ч ограничивает одну степень свободы (У1) [6].
Процедура моделирования процесса обработки заключается последовательном «переводе» обрабатываемых сторон из состояния не обработанных, в состояние обработанных [3].
Для удобства представления и оперирования поверхностями и связями, показанных на рис. 3, построим матрицу смежности, показанной в табл. 1.
Таблица 1
Матрица смежности 1-го варианта
\ 1 -> 3 4 5 6 7
2ч 1 0 0
0 1 1
5ч 0 0 1
1 0 0
Зч 0 1 0
0 0 0
1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 [ 1 0 0 1 0 1 0
-> 1 0 0 1 0 0 1 0 0
0 1 1 0 [ 1 0 0 1
3 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 0 1
4 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0
0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0
5 0 0 1 0 0 1
1 1 0 1 1 0
б 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1
0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0
7 1 0 0 0 0 1 1 0 1
0 0 1 1 0 0 1 0 1
Процедура поиска заключается в последовательном рассмотрении столбцов матрицы до момента, когда поэлементная логическая сумма ячеек (необработанных поверхностей) матрицы совпадет с диагональной ячейкой.
Из матрицы, представленной в табл. 1, видно, что при использовании в качестве базы поверхности 2ч можно получить поверхность 1. После обработки поверхности 1, столбец данной поверхности удаляется, а
строчка переносится в верхнюю часть таблицы. Далее от поверхности 1 получить поверхность 2. Строчки поверхностей 1 и 2 переносится в верхнюю часть таблицы и столбики 1 и 2 удаляются. Проделанные шаги приводят к получению матрицы смежности представлены в табл. 2.
Таблица 2
Матрица смежности 1 -го варианта после первого и второго шага
\ 3 4 5 6 7
2ч
5ч 0 0 1
1 0 0
Зч 0 1 0
0 0 0
1 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 0
-> 1 0 0
0 0 1
3 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 0 1
4 0 1 0 0 1 0 0 0 0
1 0 1 1 0 1 1 0 0
5 0 0 1 0 0 1
1 1 0 1 1 0
6 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0
7 0 0 1 1 0 1
1 0 0 1 0 1
На следующем шаге проверяя таблицы по столбцам на наличие совпадений с диагональными ячейками можно увидеть, что, если взять в качестве баз поверхности 5ч и 1, можно получить поверхность 6. А от поверхности 6 получить поверхность 5. Полученный вариант матрицы смежности после 3 и 4 шагов представлен в табл. 3.
Таблица 3
Матрица смежности 1 -го варианта после третьего и четвертого шага
\ 3 4 7
2ч
5ч
Зч 0 1 0
0 0 0
1 0 0 0
0 0 1
■у 1 0 0
0 0 1
5
6 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 0
3 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 0 1
4 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 0 1
7 1 0 1
1 0 1
Проверяя верхнюю часть таблицы, можно увидеть, что следующим шагом используя поверхности 3ч,
1 и 6 можно получить поверхность 4. От поверхности 4 получим поверхность 3. А используя поверхности
2 и 6 получаем поверхность 7.
В результате получаем, что в рассматриваемом варианте простановке размерных связей возможна обработка при последовательной смене баз при выбранном сочетании черновых баз. Последовательность обработки показана на рис. 4.
Рисунок 4 - Последовательность обработки 1-го варианта простановки размерных связей
В результате проведенных исследований возможных вариантов размерных связей при наличии условного замкнутого контура между поверхностями угловых направлений, как было показано на рис. 2, было выявлено влияние связи между черновыми поверхностями и поверхностями, образующими замкнутый контур.
Было установлено, что обработка при последовательной смене баз возможна для всех вариантов сочетания базирующих точек черновых поверхностей при наличии «прямой» связи между поверхностями, образующих замкнутый контур, и черновыми поверхностями, как показано на рис. 5. Представленный пример показан для варианта простановки размерных связей, показанного на рис. 3.
Рисунок 5 - Вариант сочетания поверхностей, обеспечивающий полное схождение алгоритма обработки
при последовательной смене баз
Также в ходе исследования выявлен вариант простановки размерных связей, при котором возможно частичное схождение алгоритма обработки последовательной смены баз. В данном варианте обработка возможна если начать с черновой базы (3ч), у которой есть непрямая связь, при этом у других поверхностей связь с черновыми поверхностями должна быть прямая (2ч и 5ч), как показано на рис. 6.
Рисунок 6 - Вариант сочетания поверхностей, обеспечивающий частичное схождение алгоритма
обработки при последовательной смене баз
И третий вариант, при котором невозможна обработка при последовательной смене баз. Это вариант, в котором между рассматриваемыми и черновыми поверхностями нет ни одной прямой связи или есть только одна прямая связь, как показано на рис. 7.
Рисунок 7 - Вариант сочетания поверхностей, при котором последовательная обработка невозможна Заключение
В статье проведено исследование влияния структуры размерных связей на обработку детали. Было проведено моделирование обработки детали для различных вариантов простановки размерных цепей с помощью алгоритма последовательной обработки.
Выявленные признаки позволяют формулировать теоретические положения определения правил построения технологических структур с целью автоматизации формирования технологических процессов.
Список использованной литературы:
1. ГОСТ 2.101-2016. Eдиная система конструкторской документации. Виды изделий. М.: Стандартинформ, 2019. 9 с.
2. ГОСТ 2.307-2011. Eдиная система конструкторской документации. Нанесение размеров и предельных отклонений. М.: Стандартинформ, 2012. 31 с.
3. Лелюхин В. E., Игнатьев Ф. Ю., Дренин А. С., Колесникова О. В. Геометрия для описания реальных деталей машин // Соврем. наукоемкие технологии. 2018. № 8. С. 95-99.
4. Лелюхин В. E., Игнатьев Ф. Ю., Дренин А. С., Колесникова О. В. Формализация представления геометрической конфигурации деталей машин // Edgare. и техн. науки. 2018. № 7. С.109-112.
5. Лелюхин В. E., Игнатьев Ф. Ю., Колесникова О. В. Влияние структуры размерных связей на формирование процесса обработки деталей // Современные наукоемкие технологии. - 2018. - № 7. - С. 6064; URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37079
6. Лелюхин В. E., Колесникова О. В. Геометрия неидеальных объектов в судостроении и судоремонте // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2020. № 1. С. 31-44. DOI:10.24143/2073-1574-2020-1-31-44.
7. Лелюхин В. E., Колесникова О. В., Игнатьев Ф. Ю. Исследование влияния структуры размерных связей на возможность обработки детали // АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СОВРEMEННОЙ НАУКИ: сборник статей Международной научно - практической конференции (12 апреля 2018 г.). - Владивосток: ДВЦИТ, С. 3-27.
8. РД 50-635-87. Методические указания. Цепи размерные. Основные понятия. Методы расчета линейных и угловых цепей. М.: Издательство стандартов. 1987 г. - 45 с.
9. ASME Y14.5-2009 Dimensioning and Tolerancing - Date of Issuance: March 27, 2009 - 227 p.
10. ISO 1101:2017 Geometrical product specifications (GPS)-Geometrical tolerancing-Tolerances of form, orientation, location and run-out - 145 p.
11. ISO 286-1:2010. Geometrical product specifications (GPS) - ISO code system for tolerances on linear sizes. Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits. International Standard. Published in Switzerland. 38 p.
© Игнатьев Ф. Ю., 2020
