Разработка методов и средств автоматизированного точностного расчета станочных приспособлений с целью повышения их качества тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Костенко, Алексей Александрович

• Костенко, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Костенко, Алексей Александрович

Введение.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ состояния проблемы.

1.2. Технологические задачи автоматизированного проектирования станочных приспособлений.

1.3. Обоснование цели, задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ.

2.1. Научные основы и этапы автоматизированного проектирования станочных приспособлений.

2.2. Описание геометрической точности обрабатываемых заготовок и деталей! приспособления обобщенными координатами.

2.31 Применение твердотельного и поверхностного моделирования для визуализации деталей и узлов проектируемого приспособления.

2.4. Методика автоматизированного проектирования станочных приспособлений в САПР СП.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА

КОНСТРУКЦИЙ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ.

З.Г. Математическое описание и моделирование баз обрабатываемых заготовок и деталей приспособления.

3.2. Формирование в САПР СП баз данных элементов станочных приспособлений и геометрической точности их базовых поверхностей.76 3.3. Математическое моделирование точности конструкции станочных приспособлений на основе описания их элементов обобщеннымикоординатами.

3.4. Моделирование пространственного положения элементов конструкции приспособлении.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ В ДИАЛОГЕ С ЭВМ.

4.1. Выбор технологических баз в диалоге с ЭВМ.

4.2. Автоматизированное проектирование станочных приспособлений в режиме «Конструктор».

4.3. Автоматизированное проектирования станочных приспособлений в режиме «Аналог».134'

4.4. Проектирование специальных деталей приспособлений путем диалога с подсистемой «Генератор элементов СП».

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ПРОГРАММНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТОЧНОСТИ

ПРОЕКТИРУЕМЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ В САПР СП.

5.1. Диалоговый расчет параметров геометрической точности деталей приспособлений.

5.2. Расчет составляющих погрешности установки и отклонений операционных размеров, получаемых от базовых поверхностей.

5.3. Определение отклонений, формируемых при закреплении заготовок и спутников в станочных приспособлениях.

5.4. Эффективность использования САПР для проектирования станочных приспособлений.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и средств автоматизированного точностного расчета станочных приспособлений с целью повышения их качества»

Актуальность диссертационной работы. Наиболее эффективными технологиями, позволяющими сократить сроки выпуска продукции, снизить ее себестоимость и повысить качество, являются САЬ8 технологии, основанные на применении САБ/САМ/САЕ-систем (т.е. интегрированной САПР), которые обеспечивают сквозное автоматизированное проектирование, включая получение чертежей, документации и программ для станков с ЧПУ.

Однако проектирование станочных приспособлений в них выполняется по схеме проектирования конструкции обычного изделия. Это объясняется тем, что такие системы не имеют полного состава проектных модулей (компонентов), необходимых для комплексного решения задач автоматизации проектирования станочных приспособлений. В соответствии с этим- тема диссертации1 является актуальной. В ней рассматриваются задачи разработки проблемно ориентированных программных модулей для* САПР СП; обеспечивающих моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации станочных приспособлений с использованием методов многовариантного анализа' при выборе рациональных технических решений:

Цель работы — повышение эффективности технологической подготовки производства и качества автоматизированного проектирования станочных приспособлений на основе применения в САПР СП проблемно ориентированных программных модулей, обеспечивающих моделирование и расчеты точности приспособлений с возможностью многовариантной оценки выбираемых конструкторско-технологических решений.

Методология и методы исследования. Представленные результаты диссертационной работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований. При выполнении исследований и реализации поставленных задач использовались научные положения основ технологии машиностроения, теория баз, теория размерных цепей, теории графов, методы системного анализа, имитационного и математического моделирования.

Научной новизной работы является решение актуальной научной задачи - раскрытие конструкторско-технологических связей, определивших разработку новых алгоритмов и баз данных для автоматизированного моделирования и расчета точности конструкции станочных приспособлений с целью повышения их качества на основе многовариантной- оценки принимаемых решений. Составляющими научной новизны являются:

1. Связи между служебным назначением технологической оснастки и показателями точности проектируемых приспособлений и его деталей.

2. Модели и информационное обеспечение для проектирования технологической оснастки, включая базы данных, определяющих геометрическую точность базовых поверхностей деталей и заготовок, используемые в САПР СП в процессе моделирования и- расчета точности проектируемых станочных приспособлений.

3. Алгоритм функциональной модели проектируемой технологической оснастки, учитывающий составляющие погрешности установки, формируемые на соответствующих базовых поверхностях, и отклонения размеров установки, получаемые от каждой из технологических баз.

4. Программные модули проектирования технологической оснастки, включая выбор технологических баз, расположение опорных элементов на базовых поверхностях, методы закрепления заготовки и оценку точности изготовления детали.

5. Методика математического описания и моделирования баз, позволяющая формализовать типовые схемы базирования, определяя состав базовых поверхностей, расположение опорных точек на координатных плоскостях и отклонения геометрической точности базовых поверхностей детали.

Практическую ценность работы составляют:

- базы данных геометрической точности базовых поверхностей деталей и заготовок, образующие информационное обеспечение САПР СП при проектировании станочных приспособлений;

- методика моделирования и расчета геометрической точности приспособлений, основанная на описании его деталей обобщенными координатами, позволяющая рассчитать точность элементов приспособления исходя из требований точности обработки заготовки; методика расчета составляющих погрешности установки, возникающих при закреплении заготовки в результате возникновения упругих и контактных деформаций; программные- модули для конструкторско-технологического моделирования и расчета точности приспособлений при- проектировании с помощью САПР СП, интегрированной в среду твердотельного параметрического моделирования T-FLEX CAD

Реализация результатов исследований. Результаты работы используются при проектировании станочных приспособлений, обеспечивая повышение эффективности технологической подготовки производства на предприятиях ФГУП НПЦ газотурбостроения «Салют», ФГУП ГКНПЦ им. М.В Хруничева, а также в учебном процессе вузов в виде методических указаний, представленных в учебных пособиях по технологии машиностроения и проектированию технологической оснастки.

Апробация работы - по результатам исследования опубликовано 15 научных работ, 4-и из которых опубликованы в рецензируемых журналах, относящихся к изданиям рекомендуемым перечнем ВАК.

Сделаны доклады« на международных и всероссийских научных конференциях в МГТУ «Станкин», в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циалковскош, в Московском- государственном горном университете, в МГТУ «МАМИ», в политехническом университете г. Жешов (Польша).

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Костенко, Алексей Александрович

7. Результаты работы нашли внедрение: их используют при проектировании приспособлений на машиностроительных предприятиях; они внедрены на ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют" и на ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева; их используют в учебном процессе при подготовке специалистов по направлениям 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

185

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований дано новое решение актуальной научной задачи - раскрытие конструкторско-технологических связей, определивших разработку новых алгоритмов и баз данных, для автоматизированного точностного расчета станочных приспособлений, что обеспечивает повышение их качества и имеет для машиностроения' важное научное и практическое значение. ; :

2. Автоматизированный расчет приспособления необходимо выполнять. на:. основе установления связей между его1 служебным назначением, и параметрами точности проектируемой технологической оснастки. Разработка специализированной' САПР CM-,.включающей необходимые расчетные модули, используемые на этапах проектирования, возможна путем; создания специализированных приложений к универсальной интегрированной С AI IP, в качестве которой целесообразно использовать систему T-FLRX CAD.

3. Разработанные алгоритмы выбора,технологических баз. обеспечивают возможность при автоматизированном; проектировании приспособлений в САПР СП, интегрированной^ среду T-FLEX CAD, выявить и обосновать общие технологические базы для обработки большинства поверхностей, базы для выполнения первой и отдельных операций.

4. Предложенная методика позволяет формализовать три типовые схемы

I ' ' . ' ; ( ; базирования, определив состав базовых, повёрхностещ расположение опорных точек на координатных плоскостях и геометрические отклонения базовых поверхностей детали. Это позволяет рассчитать значения составляющих погрешности установки, формируемьлх от соответствующих базовых поверхностей, и определить их влияние на отклонения получаемых размеров детали.

5. Созданная база данных геометрической точности базовых поверхностей деталей и заготовок эффективно используется ' как информационное обеспечение в САПР СП для моделирования и расчета точности приспособлений. Это осуществляется путем описания элементов приспособления обобщенными координатами, что позволяет рассчитать точность приспособления исходя из требований точности обработки заготовки и, тем самым, оценить пространственное положение приспособления в рабочей зоне станка.

6. Предложенный алгоритм расчета составляющих погрешности установки, формируемых при закреплении заготовки в результате возникновения контактных деформаций, позволяет учитывать при автоматизированном расчете влияния силовых факторов и размеров базовых поверхностей выбираемых опорных элементов приспособления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Костенко, Алексей Александрович, 2011 год

1. Аверченков В.И. САПР технологических процессов, приспосо€5леий и режущих инструментов. Учеб. пособие для вузов/ В.И. АверченЕсов, И.А. Каштальян, А.П. Пархутик и др. Мн.: Выш. Шк. 1993. - 288 с.

2. Автоматизированные системы технологической по,211;готовки производства в машиностроении / Под ред. Г. К. Горанского. .3N/L, 1976. 240 с. ~ .

3. Адамчик В. В., Ракович А. Г., Юревич С. А. Методические материалы по автоматизации проектирования приспособлений. Мн., 1975: 136 е.

4. Адаптивное управление технологическими процессами/ Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов и ,ттр, М.: Машиностроение, 1980. 536 с.

5. Г.Н. Андреев, В.Ю. Новиков, А.Г. Схиртладзе. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производсгва.Учеб. пособие для вузов/ М. Высшая школа. 2001.415 с.

6. Ансеров М.А. Приспособление для металлорежущих станксхв. — М.: Машиностроение, 1975.

7. Астахов В.Г:, Тимирязев В.А. Организация диалога в САПР станочных приспособлений/ Вестник ТГТУ. Том 13 №4, 2007. с 986-990.

8. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1982. Кн. 1,2, 288 е.; 268 с.

9. Бокшиц Э.Б., Ракович А.Г. «САПР фрезерных приспособлений» «Автоматизация и современные технологии», №1, 1992 г.

10. Букатова И. Л. Эвоинформатика: теория и практика эволюзционного моделирования. Букатова И.Л., Михасев Ю.И., Шаров A.M. Ь/L.: Наука, 1991.-206 с.

11. П.Вардашкин В.В. Станочные приспособления, справочник, под редакцией Вардашкина Б.Н., Данилевского В.В., М: Маш-е, 1984 г., т.2.

12. Гельмерих Р., Швиндт П. «Введение в автоматизированное проектирование», М: Машиностроение, 1990 г.

13. Гололобов Д.В., Костенко А.А, Тимирязев В.А. Оценка точности установки деталей путем моделирования базовых поверхностей / Сб. док. XIII научной конференции по математическому моделированию и информатики. МГТУ «Станкин» ИММ РАН. 2010г. с.155-158.

14. Губич Л. В. Информационная база автоматизированного проектирования приспособлений: Автореф. дис. канд. техн наук. Мн., 1984. 22 с.

15. Губич Л. В., Другакова М. Н., Ракович А. Г. Построение и адаптация САПР приспособлений на базе пакета прикладных программ // Автоматизация проектирования. Мн., 1990. Вып. 3. С. 53— 60.

16. Гусев А.А, Гусева- И.А. Технологическая оснастка (расчет и проектирование). Учебное пособие. МГТУ «Станкин», М. 2007. 372 с.

17. Джонс М.Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях/ М. Тим Джонс; Пер. с анг. Осипов А.И. —М: ДМК Пресс, 2006-312 с.

18. Допуски и посадки: Справочник: В 2 ч. / Под ред. В.Д. Мягкова. Л.: Машиностроение, 1978. Ч. I. - 544 с. Ч. II - 448с.

19. Другакова М. Н., Сироткина Л. М. Анализ библиотеки конструктивных элементов САПР приспособлений в целях рационализации процесса синтеза конструкций // Алгоритмы конструирования технологических приспособлений и инструментов. Мн., 1984. С. 94- 100.

20. Дьяконов В.Ф. Математические пакеты расширения МАТЬАВ. Специальный справочник./ Дьяконов В.Ф, Круглов В.Ф СПб.,Питер: 2001,-480 с.

21. Единая система стандартов автоматизированной системы управления. Изд. официальное, 1986, -119 с.

22. Ерохин В.В. Обеспечение качества станочных приспособлений/ Автореферат докторской диссертации. Брянск, 2007. 43с.

23. Зотина О.В. Автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений вусловиях применения интегрированных САПР. Автореферат кандидатской диссертации. Брянск, 2006. 23 с.

24. Инвариантные компоненты систем автоматизации проектирования приспособлений / Под ред. А. Г. Раковича. Мн., 1980. 160 с.

25. Капустин Н.М. Автоматизация машиностроения: Учеб. Для втузов/ Н.М.Капустин, Н.П.Дьяконова, Т.М.Кузнецов; Под ред. Н.М.Капустина М.:Высшая школа, 2002. -223с.

26. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей с помощью ЭВМ.-М.: Машиностроение, 1976. 228с.

27. Кияшев А.И. Методы адаптации при управлении автоматизированными станочными системами./ Кияшев А.И., Митрофанов B.F., Схиртлатзе А.Г. -М.: Машиностроение, 1995 -239 с.

28. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров./ Корн Г., Корн Т. -М., 1970, -720 с.

29. Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений/ С. М.: Машиностроение, 1983. 277 с.

30. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. JI. М.: Высшая школа, 1974. 379 с.

31. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированномпроектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования.

32. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. -М.:1. Станкин, 1985. 35 с.

33. Косов М.Г., Феофанов А.Н. Расчет точности технологическогооборудования на ЭВМ: Учебное пособие. М.: Мосстанкин, 1989. 65 с,

34. Костенко A.A. Формирование базы данных стандартных деталей для САПР станочных приспособлений. Сб. трудов межд. научн. конф. XXXVII «Гагаринские чтения», МАТИ, том 3, стр. 78.

35. Костенко A.A. Формирование баз данных в САПР СП для оценки геометрической точности базовых поверхностей. Производство.

36. Технология. Экология. Монография (выпуск 14), МГТУ «Станкин», С.57-59.

37. Костенко А.А. Формирование базы данных стандартных деталей для САПР станочных приспособлений. Труды международной научной конференции XXXVII Гагаринские чтения, «МАТИ» РГТУ им. К.Э. Циолковского, том 3, с 78.

38. Костенко А.А. Моделирование схем базирования заготовок на станках. Тимирязев В.А, Новиков В.Ю., Костенко А.А./ Известия МГТУ «МАМИ» №1(11), 2011, с. 202-204.

39. Костенко А.А., Сазыкин А.А. Автоматизированный расчет размерных связей машин / Сборник докладов XIII научной конференции по математическому моделированию и информатики. МГТУ «Станкин» -ИММ РАН. 20Юг, с 214-217.

40. Костенко А.А., Новиков В.Ю, Тимирязев В.А. Компьютерное моделирование процесса базирования заготовок в приспособлениях на станках. / Производство. Технология. Экология, Монография (выпуск 14), МГТУ «Станкин», 2011 с. 57-59.

41. Костромин К. «SolidEdge Intergraph система твёрдотельного моделирования» «А.П.», №2,1997.

42. Махнач Г. В. Подсистема документирования общего вида в САПР приспособлений // Тез. докл. Всесоюз. конф. «Автоматизация проектирования средств технологического оснащения в машиностроении и приборостроении» (Рига, нояб. 1998 г.). Рига, 1998. С. 74—75.

43. Методические указания САПР «Базовый программно-методический комплекс автоматизации проектирования станочных приспособлений». М„ 1990.211 с.

44. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. 5-е изд. — М.: Машиностроение, 1980. 503 с.

45. Новиков В.Ю., Костенко A.A., Гололобов Д.В Проектирование групповых приспособлений с использованием САПР СП./ Станкиновский вестник №2 (14), 2011, с 47-50.

46. Новиков В.Ю., Костенко A.A. Моделирование баз при автоматизированном проектировании станочных приспособлений/ Сборник научных трудов семинара «Современные технологии в горном машиностроении», МГГУ, М.2011, с 73-76.

47. Палей М.М. Технология производства приспособлений, пресс-форм и штампов. -М.: Машиностроение, 1979.

48. Проектирование технологии автоматизированного машиностроения: Под. редакцией Ю.М. Соломенцева,. М.: Высшая школа, 1999. 416 с.

49. Проектирование технологических схем и оснастки./ JI.B. Лебедев, А.Г. Схиртладзе, В.А. Тимирязев и др. М.: Издательский центр «Академия», 2009.-335 с.

50. Расчеты и проектирование технологической оснастки/ JT.B. Лебедев, A.A. Погонин, А.Г. Схиртладзе, В.А. Тимирязев и др. 335 с. Учебное пособие для вузов. БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород. 2004, 160 с.

51. Ракович А. Г. Основы автоматизации проектирования технологических приспособлений. Мн., 1985. 295 с.

52. Симанженков К.А. Моделирование точности закрепления деталей в приспособлениях, содержащих гибкие элементы, при автоматизированном проектировании технологических процессов. Кандидатская диссертация. МГТУ «Станкин», 2002, 220 с.

53. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. .-М. ¡Машиностроение, 2002. 684с.

54. Сипайло В.А. Методы и программно-информационные средства создания типовых компонентов конструирования машиностроительных деталей в САПР: Автореферат кандидатской диссертации Мн. 1990.19 с.

55. Соломенцев Ю.М. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.Ф.Прохоров и др. Род ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1986. - 256 е., ил.

56. Схирладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств: альбом:учеб.пособие.Ч.1.-М.:Изд-во Станкин, 1999.595с-(технология,оборуд.и автоматизация машиностроит.пр-в).

57. Технология машиностроения (специальная часть): Гусев A.A., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1986, 480 с.

58. Тимирязев В.А., Костенко A.A., Гололобов Д.В. Автоматизированное проектирование станочных приспособлений с использованием баз данных стандартных деталей / Станкиновский вестник №2 (14), 2011, с 45-46.

59. Тимирязев В.А, Костеико А.А., Макаренко А.П. Определение состояния режущего инструмента и момента его замены на многоцелевых станках. Ж. Технология машиностроения №2, 2011, с.23-26.

60. Тимирязев В.А. Управление точностью гибких технологических систем./М. НИИмаш. 1983, 65 с.

61. Тимирязев В.А., Костенко А.А., Гололобов Д.В. Расчет точности соединения деталей при базировании по трем плоскостям. Ж. Механика №79/ Труды международной научной конференции «Сборочные соединения РМ-2010» Т.У. Жешов, Польша; 05. 2010. с 85-89.

62. Технология машиностроения / Учебник для вузов. JT.B. Лебедев, А.Г., В.У. Мнацаканян, А.Г. Схиртладзе и др. М.: Издательский центр «Академия», Издание 2-е, 2008. 526 с.

63. Цветков В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Мн., 1979. 264 с.

64. Шемелин В.К., Хазанова О.В. Проектирование систем управления в машиностроении: Учебник для студентов технических вузов. М.: Изд-во «Станкин», 1998. 254 е.: ил.:

65. Шпур Г. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Шпур Г., Краузе Ф.Л. Пер. с нем. Г.Д. Волковой и др. Под ред. Ю.М. Соломенцева, В. И. Диденко.-М.: Машиностроение. 1988. -647 е.; ил.

66. T-FLEX Parametric CAD Трехмерное моделирование. Руководство пользователя АО «Топ Системы», М.: 2003. 409 с.

67. Opitz Н. Moderne Produktionstechnk, Stand und Tendenzen. Verlag W. Girardet, Essen, 1970, 565 s.

68. Herold H., Mapberg W., Stute G. Die numerische Steurung in der Fertigungstechik. VDI-Verlag EmbH, Dusseldorf, 1971. 453s.

69. Week M. Werkrzeugmaschinen, Meptechnisene Untersuchungen und Beurteilung. VDI-Verlag. Dusseldorf 1978.365s.71. www.topsystenis.ru официальный сайт компании «Топ Системы».72. www.cad.ru сайт, посвященный анализу CAD/CAM/CAE-систем.