Пакет автоматизированного проектирования технологического процесса изготовления фасонных резцов

Фасонные резцы широко применяются в серийном, крупносерийном и массовом производстве при обработке фасонных деталей на автоматах, полуавтоматах и других станках. Данные инструменты обеспечивают высокую производительность и точность обработки, а также большое число переточек, что обусловило их применение в машиностроительном производстве.

Фасонные резцы относятся к специальным инструментам, которые проектируются и изготавливаются под конкретную деталь. Следовательно, в цикле технологической подготовки производства осуществляется разработка единичной технологии изготовления фасонного резца. Данный процесс требует значительных временных затрат, повторяющихся для каждого нового инструмента. Разработка группового технологического процесса, а также автоматизация процесса проектирования обеспечат значительное снижение затрат на технологическую подготовку производства.

Исходными данными для проектирования технологического процесса являются рабочие чертежи инструмента с техническими условиями и типовые технологические процессы изготовления резцов.

Все разнообразие фасонных резцов по технологическим признакам разбито на четыре крупные группы: круглые цельные, призматические цельные, круглые составные и призматические составные фасонные резцы. На каждую группу, исходя из производственного опыта, разработан групповой технологический процесс. Маршрут изготовления фасонных резцов включает следующие этапы:

• заготовительные операции: разделка прутков на заготовки, ковка, термическая обработка (отжиг) после ковки, подготовка под пайку, пайка твердосплавной пластинки и корпуса;

• основные формообразующие операции, на которых снимается основная часть припуска и заготовка по форме и размерам приближается к готовому резцу;

• маркировка;

• термическая обработка: закалка и отпуск, в результате чего режущий инструмент приобретает заданную чертежом твердость;

• шлифовально-заточные операции, обеспечивающие окончательные технические требования по точности геометрических параметров и шероховатости поверхности;

• контрольные операции, т.е. проверка соответствия готового изделия требованиям чертежа.

Задача автоматизации проектирования технологических процессов была реализована с помощью программного обеспечения T-Flex\ТехноПро. С помощью данной системы был создан типовой технологический процесс изготовления фасонных резцов с базами данных по станочному оборудованию, приспособлениям, режущему и измерительному инструментам, расчетом технологических размерных цепей, режимов обработки и норм изготовления. Для разработки базы данных режимов резания проведены многофакторные эксперименты, выявляющие зависимости силы, мощности и температуры резания от технологических параметров режима обработки.

На основе разработанного типового технологического процесса пользователем формируется технологический процесс изготовления конкретного фасонного резца. Специальной подготовки по программному обеспечению от пользователя не требуется, необходимо только знать взаимосвязь технологических проектных процедур.

Разработанный пакет может быть применен в области конструкторско-технологической подготовки производства в технологических отделах машиностроительных предприятий или в учебном процессе.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

Е.Н. Кордюкова, О.В. Собенина

Преобразования математических моделей в процессе получения рабочих программ анализа

При определении класса функциональных математических моделей на различных иерархических уровнях как системы уравнений определенного типа, подразумевает выбор численного метода решения уравнений и преобразование уравнений в соответствии с особенностями выбранного метода. Конечная цель преобразований - получение рабочей программы анализа в виде последовательности элементарных действий, реализуемых командами ЭВМ. Все указанные преобразования исходной ММ в последовательность элементарных действий ЭВМ выполняет автоматически по специальным программам, создаваемым инженером-разработчиком САПР. Инженер-пользователь САПР должен указать, какие имеющиеся программы он хочет использовать. Процесс преобразований ММ, относящихся к различным иерархическим уровням, иллюстрирует рисунок 1.

Рис. 1.

Инженер-пользователь задает исходную информацию об анализируемом объекте и о проектных процедурах, подлежащих выполнению, на удобном для него проблемно-ориентированном входном языке программного комплекса. Ветви 1 на рисунке 1 соответствует постановка задачи, относящейся к микроуровню, как краевой, чаще всего в виде ДУЧП. Численные методы решения ДУЧП основаны на дискретизации переменных и алгебраизации задачи.

Применяют различные способы дискретизации и алгебраизации переменных при решении ДУЧП. Эти способы составляют сущность методов числового решения; большинство используемых методов относится либо к методам конечных разностей, либо к методам конечных элементов. Если ДУЧП стационарное, то дискретизация и алгебраизация преобразует ДУЧП в систему алгебраических уравнений, в общем случае нелинейных (ветвь 2 на рисунке 1). Если ДУЧП нестационарное, то дискретизацию и алгебраизацию можно представить состоящей из двух этапов:

1. устранение производных по пространственным координатам (ветвь 3), результат - система ОДУ;

2. устранение производных по времени (ветвь 4).

Для числового решения ОДУ при заданных начальных условиях (задача Коши) разработано большое количество численных методов, причем многие из эффективных методов получили развитие под влиянием потребностей автоматизированного проектирования. Специфика алгебраизации производных по времени и обусловливает целесообразность выделения для ветви 4 специальных средств математического и программного обеспечения, отличных от таких же средств для ветвей 2 и 3.

Сведение задачи решения алгебраических уравнений к последовательности элементарных операций может быть либо непосредственным (ветвь 5), например, на основе методов простых итераций или релаксации, либо через посредство предварительной линеаризации уравнений (ветвь 6), что составляет сущность метода Ньютона. Решение, системы линейных алгебраических уравнений в этом случае (ветвь 7) выполняется с помощью прямых методов (метода Гаусса).

Ветви 8 на рисунке 1 соответствует преобразование исходного описания задачи, относящегося к макроуровню, в систему ОДУ с известными начальными условиями. Если это система нелинейных ОДУ, то дальнейшие преобразования происходят по охарактеризованным выше ветвям 4, 6, 7 или 4, 5; если же система линейных ОДУ, то целесообразен непосредственный переход к системе линейных алгебраических уравнений (ветвь 9).

Для анализа объектов на метауровне применяют либо переход к системе ОДУ (ветвь 10), либо переход к системам логических уравнений, моделям массового обслуживания или аналитическим моделям, отображающим упрощенно технико-экономические показатели объекта (ветвь 11). Сведение этих форм моделей в последовательность элементарных вычислительных операций (ветвь 12) не вызывает затруднений.

Сказанное показывает важное значение, отводимое в математическом обеспечении САПР численным методам решения систем ОДУ, нелинейных и линейных алгебраических уравнений. Из рисунка 1 видно, что такие системы уравнений приходится решать при проектировании объектов на микро- и макроуровнях, а часто и на метауровне. От эффективности этих методов существенно зависит общая эффективность выполнения проектных процедур функционального проектирования.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

Е.Д. Федорков, С.В. Лобанова

Переход к автоматизированному производству

Бурное развитие информатики и микропроцессорной техники подняло на принципиально новый уровень решение многих задач управления технологическими и производственными процессами. Тенденция перехода к автоматизированному производству затронула многие сферы хозяйства, в том числе и машиностроение. В основе автоматизации процессов лежит частичное или полное отстранение человека от непосредственного участия в производственном процессе. В современных условиях прогрессивным может быть только такое производство, которое способно учитывать изменение спроса заказчиков и может быстро переходить на выпуск новой продукции. В результате удается избежать выпуска не находящей спроса продукции бесполезного расходования ресурсов. Развитие автоматизации на ранних этапах характеризовалось отсутствием мобильности, динамичности - создание жестких автоматических линий, предназначенных для массового производства (срок окупаемости таких линий составляет не менее 8 - 10 лет). Однако единичное и мелкосерийное производство оставались практически неавтоматизированными. Именно поэтому возникла принципиально новая концепция автоматизированного производства - гибкие производственные системы (ГПС). Начальным этапом формирования направления автоматизации этих типов производств можно считать 60-е годы, когда впервые было сформулировано понятие "гибкое производство". Под гибкостью станочной системы понимают ее способность быстро перестраиваться на обработку новых деталей в пределах, определяемых техническими возможностями оборудования и технологией обработки группы деталей. Высокая степень гибкости обеспечивает более полное удовлетворение требований заказчика, оперативный переход к выпуску новой продукции, сохранение оправданного характера мелкосерийного производства, автоматизацию технологической подготовке производства на базе вычислительной техники, снижение затрат на незавершенное производство.

Гибкое автоматизированное производство должно обладать следующими признаками:

1. гибкость состояния системы, то есть способность хорошо функционировать при различных внешних (появление нового ассортимента изделий, изменение технологии и др.) и внутренних (сбои в системе управления станками, отклонения во времени и качестве обработки и т.д.) изменениях;

2. гибкость действия, то есть обеспечение возможности легко включать в систему новые станки и инструменты для увеличения ее мощности в связи с увеличением объема производства;

3. гибкость системы группирования, то есть возможность расширения семейства обрабатываемых деталей;

4. гибкость технологии, определяющая способность системы учитывать изменения в составе выполнения технологических операций;

5. гибкость оборудования, которая характеризуется способностью системы справиться с переналадками в станках;

6. гибкость транспортной системы, выражающаяся в бесперебойной и оптимальной загрузке металлорежущего оборудования по определенной, наперед заданной стратегии управления;

7. гибкость системы обеспечения инструментом;

8. гибкость системы управления, обеспечивающая наиболее рациональное построение маршрутов обработки и транспортных потоков с точки зрения различных критериев;

9. организационная гибкость производства, заключающаяся в возможности простого и незамедлительного перехода на обработку любой из освоенных системой деталей.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

Е.Д. Федорков, Н.Н. Свиридова, Н. Н. Корыстина, О.В. Собенина

Алгоритм выбора инструмента изготовления зубчатых колес

Целью работы является повышение технико-экономических показателей технологического процесса обработки зубчатых колес

Пальцевые модульные фрезы применяют для обработки прямозубых, косозубых, шевронных колес модулем от 10мм до 50 мм. Ими можно обрабатывать и закрытые венцы зубчатых колес. Для обработки прямозубых колес фреза имеет сечение по вертикальной плоскости, соответствующей впадине между зубьев; для обработки косозубых и шевронных колес профиль зуба фрезы должен отличаться от профиля впадины. Профиль зубьев пальцевой фрезы шлифован и затылован. В процессе обработки пальцевая фреза совмещается с осью симметрии впадины колеса, она вращается (главное движение) и осуществляет движение подачи по длине нарезаемого колеса. Стоит задача выбора пальцевой модульной фрезы под соответствующий калибр и шаг зубьев колеса.

Данная задача решается в следующей последовательности:

1. Определяем возможные значения делительного диаметра модульной фрезы из условия, что делительный диаметр фрезы должен быть больше удвоенного радиуса впадины колеса по ее делительному диаметру.

2. При обработке делительный диаметр фрезы должен «находиться» на делительном диаметре звезды.

3. Определяем число зубьев фиктивного зубчатого колеса, фрезеруемого с помощью выбранной модульной фрезы: , где 2r0 – диаметр делительной окружности фиктивного зубчатого колеса; m – модуль колеса или фрезы.

4. Уточняем параметры фрезы по Zфикт.

5. Т.к. число зубьев нарезаемого колеса z<17, то необходима коррекция. Коэффициент коррекции  найдем по формуле: , где - коэффициент высоты зуба.

Высота ножки зуба: h_f = (1,25-)  m.

Высота головки зуба h_a = (1+)m.

Диаметр окружности выступов d_a = d + 2h_a.

Диаметр окружности впадин d_f = d – 2h_f .

Толщина зуба по делительной окружности: S = .

Глубина захода зубьев h_зах = 2 m f.

Далее определяем эвольвентный профиль и профиль нерабочего участка.

Пальцевыми модульными фрезами производят как черновую, так и чистовую обработку впадин зубьев колес

Пальцевые модульные фрезы можно использовать также и при закруглении торцев шестерен и зубчатых колес (Рисунок 2). Такие фрезы изготавливают для обработки колес с различным модулем (m =1,0; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 и т. д. ). Режущие зубья фрез могут иметь фасонную и коническую форму, выполняться острозаточенными и затылованными. При зубокруглении ось пальцевой фрезы почти перпендикулярна оси нарезаемого колеса.

В соответствии с предложенными зависимостями была разработана программа подбора параметров пальцевых модульных фрез.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.С. Кольцов

Автоматизация процесса выбора инструментальных материалов

Инструментальный материал оказывает большое влияние на производительность обработки, качество обработанной поверхности и на конструкцию самого инструмента, т. е. является важнейшей характеристикой режущего инструмента. Поэтому в системе СПРИ выбор инструментального материала осуществляется непосредственно после исходных данных.