CC BY
19МАШИНОСТРОЕНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
УДК 621.7
1 12 П.Э. Букин , И.Н. Фролова , А.И. Лаптев
К ВОПРОСУ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
ОАО ПКО «Теплообменник»1,
2
ОАО «Гидромаш»
Решение проблемы ускорения выпуска новой продукции на промышленном предприятии напрямую связано с заменой ручного труда работников на автоматическую работу современных программ. Одной из наиболее проблематичных областей на данном пути является автоматизация на уровне технологической подготовки производства.
Ключевые слова: поверхность, станочное приспособление, автоматизация, классификация поверхностей, кодирование.
В современном машиностроении все больше и больше становится очевидным необходимость повышения уровня автоматизации производственных процессов. На данный момент достаточно серьезно развиваются системы, позволяющие облегчить работу инженерно-технического персонала. Но в основном это базы данных, ускоряющие работу инженера, и лишь в редких случаях заменяющие ее программными средствами. Одной из наименее развитых областей в машиностроении является область технологической подготовки производства, она практически не алгоритмизирована. Причиной данной ситуации является отсутствие четких алгоритмов проектирования технологических процессов и оснастки, большая зависимость алгоритмов от конкретно сложившихся на данном предприятии условий, причем не только технических, но и «морально-исторических». Перечисленные и многие другие проблемы привели к тому, что автоматизации данной области почти не уделяется должного внимания.
Одной из основных частей технологической подготовки производства является конструирование технологической оснастки. В современном машиностроении зачастую данный процесс выглядит примерно следующим образом:
1) конструктору КБ оснастки приходит заявка на разработку приспособления на конкретную деталь для определенной( ых) операции;
2) конструктор пытается найти приспособление-аналог. Здесь возможны варианты: или конструктор спрашивает у коллег (если у него мало опыта), или пытается вспомнить, как он поступал при проектировании похожих приспособлений, или производит поиск в бумажном или электронном архиве аналогов. Но при этом он пользуется исключительно зрительным фильтром (просматривает «глазами все подряд»), что крайне снижает эффективность поиска;
3) если получается найти приспособление-аналог, то вновь создаваемое приспособление может оказаться лишь простой модификацией оного, но часто из-за юридических формальностей появляется оснастка-дубликат под новым индивидуальным кодом. Если же не
© Букин П.Э., Фролова И.Н., Лаптев А.И., 2012.
получается найти аналог, то изделие конструируется, исходя из навыков конструктора. При этом процесс конструирования осуществляется ручным способом, т.е. конструктор «изымает» поверхности (особое внимание при этом уделяется базирующим поверхностям) обрабатываемой детали и переносит их в файл нового приспособления, а затем постепенно достраивает данную деталь элементами оснастки.
Данные три шага имеют сразу два очевидных минуса:
• поиск аналогов осуществляется вручную, а значит, повышает количество приспособлений-дублеров, особенно на предприятиях с большой номенклатурой, в силу невозможности конструктора просмотреть весь архив ранее разработанной на предприятии оснастки
• конструктор при проектировании пользуется определенным алгоритмом, который состоит из нескольких последовательных действий. Но при этом каждое из этих действий содержит достаточно большое количество возможных решений.
Таким образом, процесс конструирования оснастки неминуемо требует обращения к системам автоматизации и алгоритмизации процессов конструирования. Например, первую задачу (поиск аналогов) можно решить при помощи системы кодов. Закодировать можно как все характеристики обрабатываемой детали, так и только геометрическую конфигурацию. Фундаментом процесса кодирования является присвоение каждому уникальному элементу своего персонального кода (табл. 1).
Таблица 1
Пример кодирования простейших элементов
Пример детали Код элемента Пример детали Код элемента
001 101
ф 002 fgj. 102
• • •
Таким образом, можно любую геометрию детали закодировать в определенную буквенно-цифровую последовательность, добавив в нее любую необходимую информацию. Например, деталь, представленную на рис. 1, можно записать в виде кода: 15 002 305 56,
где коды обозначают: 15 - тело вращения; 002 - труба; 305 - внутренняя метрическая резьба; 56 - заготовка - пруток.
Но самое важное для реального использования кодирования, это удобство (для конструктора) присвоения кода и его распознавания. Конструктор не должен видеть математическую интерпретацию, а должен иметь возможность формировать код в режиме диалога. Примером может служить следующая иллюстрация формирования кода в режиме диалога (рис. 2).
Рис. 1. Деталь для примера кодирования
исходные данные
выделение вазовых и установоцных поверхностей на ЗБ модели □БоаБатываемои детали
плиты ьазовые группы деталей УСП
аголычики астановоиные направляющие проверка по огранииениям
опраьки конусные- оправки передача в РБИ
ДИСКИ кольца
зажимные крепежные вспомогательные сьоромные единицы
Рис. 2. Пример кодирования детали в режиме диалога
При помощи данной технологии во многом снимается проблема поиска аналога приспособления, так как, определив в специальном приложении код детали, из технического задания конструктор сразу сможет получить все детали-аналоги, а следовательно, и ссылки на искомые приспособления.
Кодирование деталей необходимо осуществлять на этапе проектирования изделия, а не на этапе проектирования приспособления. В этом случае уже на этапе проектирования изделия можно будет уменьшить номенклатуру изготавливаемых деталей и, как следствие, приспособлений. Однако конструктор изделия часто не нуждается в аналоге (с него это не требуют), и поэтому не нуждается в коде детали. Конструктор не будет кодировать детали. Этот код нужен на этапе технологической подготовки производства, поэтому кодирование переадресуется в технологические службы. Каждая технологическая служба имеет свои представления о том, какую классификацию необходимо заложить в код детали и также не хочет кодировать ненужную ей информацию. Именно это противоречие не позволяет внедрить кодирование на предприятиях, особенно, многономенклатурных.
Вторую же проблему (алгоритмизация действий конструктора) можно разделить на две самостоятельные задачи. Это создание алгоритма сборки элементов приспособлений (в том числе, и алгоритма создания уникальных элементов) и создание структуры базы данных деталей оснастки.
Первая составляющая строится на работе со схемами базирования, определении погрешностей базирования и выборе наиболее оптимальной схемы базирования, позволяющей обеспечить наиболее качественное сочетание сразу нескольких параметров как технических, так и экономических. При решении данного вопроса очень важна универсальность оценки параметров для наиболее широкого спектра охвата возможных вариантов станочных приспособлений.
Вторую же составляющую можно построить по тому же принципу кодирования, что и решение первой задачи, продемонстрированное выше. Для начала нужно классифицировать поверхности элементов приспособления, используя (по возможности) какие-либо объединяющие признаки. Во многом данная задача перекликается с кодированием составных элементов деталей (табл. 2).
Таблица 2
Пример кодирования поверхностей элементов приспособления
Пример поверхности Код элемента
Глухое отверстие 301
Сквозное отверстие 302
Открытый шпоночный паз 501
Закрытый шпоночный паз 502
Палец 701
Срезанный палец 702
После этого крайне важно определить, какие поверхности могут контактировать друг с другом. Для этого необходимо составить схемы связанности, позволяющие определить возможные связи между элементами приспособления (табл. 3). При составлении данной таблицы необходимо учитывать, что некоторые коды могут совмещаться с идентичными себе, а некоторые - нет. Например: наружная плоская поверхность одной детали может совмещаться с наружной плоской поверхностью другой детали без посредников, а две внутренних цилиндрических поверхности между собой без «посредников» совмещаться не могут.
Таблица 3
Пример вариантов совмещения кодов элементов приспособления
Код элемента Коды элементов, возможных для совмещения
301 105, 125, 146, 198, 375
001 005,009,075, 032, 064
005 005, 009, 031, 049, 064
029 017, 256, 985
175 013, 085, 259, 345
Для создания базы данных элементов приспособления необходимо применять кодирование каждой детали приспособления и каждого элемента детали приспособления по заранее разработанной системе классификации.
После определения системы кодирования детали и элементов деталей приспособления любую составляющую единицу оснастки можно представить в виде графа связей (рис. 3), где непрерывной линией обозначены связи кода детали приспособления с кодами имеющихся на этой детали поверхностей, а прерывистыми - возможные связи этих поверхностей с ответными поверхностями других элементов приспособления.
Таким образом, получив графы возможной связанности элементов приспособления можно обеспечить создание удобной для работы базы элементов оснастки. В конечном итоге данные технологии позволяют создать приспособление, которое схематически всегда можно заменить графом, представленном на рис. 4, где под шариками подразумеваются детали приспособления, а под палочками - связанность одной поверхности первой детали оснастки с ответной поверхностью второй детали оснастки.
Рис. 3. Пример кодирования соединительных связей элемента приспособления
Рис. 4. Пример схематического построения конструкции приспособления
Дополнительным плюсом данной технологии представления приспособления является возможность закодировать не только отдельные части оснастки, но и всю ее в целом с указанием, какими поверхностями и какими способами детали собраны между собой.
При сборке данного приспособления из таких «шариков» надо всегда учитывать, что возможны два варианта:
• с учетом соединительных деталей как самостоятельных элементов приспособления. В этом случае процесс соединения происходит в последовательности деталь - крепежный элемент - деталь, в последовательности сборки изделия.
• без учета соединительных деталей как самостоятельных элементов приспособления. В
этом случае процесс соединения происходит в последовательности деталь - деталь -крепежный элемент, т.е. сначала производится выравнивание поверхностей деталей, а затем в данную сборку уже помещается крепеж. Данный способ наиболее характерен для систем автоматизированного проектирования, при этом в материальной среде без дополнительных приспособлений в большинстве случаев не осуществим. Особенностью данного варианта является жесткое разделение всех деталей приспособления на две крупные группы: собственно детали технологической оснастки и крепежные детали, при этом вторая группа (крепежные детали) формируется исключительно по признаку обеспечения функции соединения основных деталей.
а) б)
Рис. 5. Варианты соединения деталей приспособления:
а - в последовательности деталь 1 - крепежный элемент 2 - деталь 3; б - в последовательности деталь 1 - деталь 2 - крепежный элемент 3
Для алгоритмизации процесса технологической подготовки наиболее эффективен второй способ по причине работы с поверхностями основных деталей напрямую, без участия вспомогательных деталей, а значит, алгоритм упрощается.
Данная методика является лишь шагом на пути автоматизации технологической подготовки производства, но шагом неотъемлемым и позволяющим решить ряд проблем, дающим возможность построить алгоритм автоматизации конструирования станочного приспособления.
Дата поступления в редакцию 24.01.2012
P.E. Bukin, I.N. Frolova, A.I. Laptev ON THE DESIGN AUTOMATION MACHINETOOL EQUIPMENT
Public corporation «Heat exchanger» Public corporation «Hydromash»
Solution of a problem of acceleration of release of new production at the industrial enterprise directly it is connected with replacement of manual skills of workers by automatic work of modern programs. One of the most problematic areas on the given way is automation at level of technological preparation of manufacture.
Key words: a surface, machine tools the adaptation, automation, classification of surfaces, coding.
