САПР технолога машиностроителя

УДК 621
ББК 34.42

Б49

Рецензенты:

В.Г. Якухин — доктор технических наук, профессор;
М.А. Босинзон — доктор технических наук, профессор Московского
государственного открытого университета (МГОУ)

Берлинер Ю.М., Таратынов О.В.

Б49
САПР технолога машиностроителя : учебник / Ю.М. Берлинер,

О.В. Таратынов . — Москва :  ФОРУМ : ИНФРАМ, 2022. — 336 с. —
(Высшее образование).

ISBN 9785000910436 (ФОРУМ)
ISBN 9785160107295 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161027363 (ИНФРАМ, online)

Учебник посвящен применению систем автоматизации проектирования

(САПР) в работе технолога машиностроительного предприятия. Приведены основные сведения о САПР технолога, получивших в России широкое
применение. Рассмотрены вопросы, связанные с использованием современных компьютерных технологий для быстрого изготовления прототипов
изделий, с применением САПР при обработке металлов давлением, в литейном и сварочном производстве.

Учебник предназначен для студентов машиностроительных высших

учебных заведений, будет полезен студентам технических колледжей и работникам промышленности.

УДК 621
ББК 34.42

ISBN 9785000910436 (ФОРУМ)
ISBN 9785160107295 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161027363 (ИНФРАМ, online)

© Берлинер Э.М., Таратынов О.В., 2015
© Издательство «ФОРУМ», 2015

Введение

Технологическая подготовка производства (ТПП) на машиностроительных предприятиях — один из наиболее трудоемких и ответственных этапов освоения выпуска новых изделий. Ее целью является
разработка проекта производственного процесса и его технологического обеспечения на основе проекта изделия. На долю механической
обработки и сборки приходится более половины общей трудоемкости
изготовления машины.
Информация, создаваемая в инженерных службах ТПП, должна
отвечать на вопрос, как должно изготавливаться изделие, чтобы оптимизировать техникоэкономические показатели деятельности предприятия, его выпускающего. Эта информация создает базис нормативнотехнических данных, необходимых для организации управления предприятием. Поэтому от качества информации, создаваемой в
процессе ТПП и отражаемой в технологической документации, в значительной степени зависит эффективность производства и качество
продукции. САПР технологической подготовки производства (САПР
ТПП) позволяет существенно уменьшить время, затрачиваемое на
конструкторскотехнологическую подготовку производства, сократить количество возникающих ошибок, сделать более удобным и прозрачным процесс внесения изменений в техническую документацию.
САПР ТПП оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, ее конкурентоспособность. Параллельная конструкторская и
технологическая подготовка производства в единой информационной
среде сокращает сроки выхода новых изделий на рынок.
Комплексная автоматизация технологической подготовки производства на базе информационных технологий обеспечивает:
• сокращение сроков подготовки производства за счет автоматизации этапов технологической подготовки производства, параллельного выполнения конструкторского и технологического
проектирования;
• оптимизацию затрат труда и средств на изготовление изделий;

• оперативное внесение изменений в технологический процесс
при изменении внешних условий (замена оборудования, замена, материала и т. п.) с автоматическим пересчетом технологического процесса;
• автоматическое формирование истории изменений на технологический процесс на основании хранящейся в файле истории
изменений.
В настоящее время повышение эффективности технологической
подготовки производства выпускаемых изделий является одним из основополагающих направлений обеспечения конкурентоспособности
предприятия. В процессе технологической подготовки производства на
каждую деталь разрабатывается технологический процесс ее обработки,
на каждую сборочную единицу разрабатывается технологический процесс ее сборки. Кроме этого в ходе технологической подготовки производства разрабатываются технологические процессы изготовления заготовок, термической обработки деталей, покраски изделий и т. д.
САПР технологических процессов (САПР ТП) позволяет за сравнительно небольшой отрезок времени составить несколько вариантов
технологического процесса обработки конкретной детали, рассчитать
их стоимость, выбрать оптимальный вариант и получить различные
сводные и подетальные документы (ведомости). Применение САПР
ТП обеспечивает сокращение трудоемкости технологической подготовки производства, влияет на показатели результативности производственной деятельности предприятия: величину затрат, объем продаж и
объем прибыли, позволяет избежать ряда проблем, которые обычно
возникают на этапе запуска производства. В ряде случаев применение
САПР ТП позволяет в несколько раз снизить время разработки технологического процесса. При этом уменьшается количество ошибок.
САПР ТП и САПР ТПП призваны не заменить технолога, а облегчить и существенно ускорить его работу, снять ее рутинную часть,
помочь ему быстро оформить принятые технологические решения.
Автоматизация технологической подготовки включает автоматизацию разработки технологических процессов, проектирования
средств технологического оснащения, поиск информации. Сокращение времени на технологическую подготовку производства достигается за счет автоматизации процесса подготовки производства: а именно проектирование технологических процессов и составление технологической документации. Для этих целей разработаны системы
CAPP (ComputerAided Process Planning).

4
Введение

Глава 1
САПР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Назначение систем автоматизации проектирования
технологической подготовки производства (САПР ТПП)
и технологических процессов (САПР ТП)

САПР технологической подготовки производства (САПР ТПП)
применяют при проектировании технологических процессов для различных производств и при формировании комплекта технологической документации в соответствии с требованиями Единой системы
технологической документации.
На стадии укрупненного технологического проектирования
осуществляют проектирование укрупненных маршрутных технологий, заготовок; укрупненное нормирование обработки; уточненное
группирование деталей; разработку типовых технологических документов; уточнение загрузки оборудования; уточнение расхода материала; проектирование конструкций и технологий изготовления оснастки.
Выходными технологическими документами на этом этапе являются: маршрутная технологическая карта; чертежи заготовок;
карты (схемы) сборки изделий; ведомости расхода материалов, покупного инструмента, специального инструмента; оборудования и
графики загрузки нестандартного оборудования; расчет производственных площадей; чертежи оснащения и технические карты его изготовления; перечень необходимой специальной измерительной аппаратуры; ведомость необходимой рабочей силы и обслуживающего
персонала.

Конструктор и технолог работают в разных САПР. Конструктор
строит 3Dмодель, а технолог импортирует ее в свою графическую
систему, выбирает заготовку, подбирает оборудование и проектирует
траекторию движения инструмента в соответствии с технологическим
процессом. Для конструктора очень важно хорошо понимать особенности технологии производства разрабатываемого изделия и четко
представлять возможности имеющегося оборудования. Это позволяет
ему создавать изделия с учетом технологических ограничений, что, в
конечном счете, сокращает любые нежелательные задержки в процессе подготовки серийного производства.
Затраты времени на проектирование операционной технологии
на одну деталь в зависимости от ее сложности составляет от нескольких часов до недель. САПР ТП ускоряет разработку технологических
процессов изготовления деталей, сборочных единиц и типовых/групповых технологических процессов. Она может включать модули проектирования оснастки (штампов, прессформ), разработки управляющих программ для металлорежущего, штампового и электроэрозионного оборудования с ЧПУ.
Методологической основой САПР ТП на конкретных предприятиях являются комплекс государственных стандартов, Единая система технологической документации (ЕСТД) и Единая система технологической подготовки производства (ЕС ТПП). По исследованиям
фирмы АСКОН, только 7 % предприятий уделяют должное внимание
автоматизации технологической подготовки производства.

Основные работы,
выполняемые с помощью САПР ТП

Наиболее широкое применение САПР ТП получили в цехах мелкосерийного и единичного производства, где использование типовых
и групповых технологических процессов оказывается неэффективным вследствие больших затрат времени на проведение подготовительных работ: разработку классификаторов, типовых и групповых
процессов. Известно, что задача построения структуры технологического процесса является многовариантной, поэтому разработанные
алгоритмы не позволяют использовать САПР ТП без участия технолога в принятии и оценке решений.

6
Глава 1. САПР технологической подготовки производства...

В составлении операционной технологии с применением САПР
ТП можно выделить следующие этапы:
1) задание параметров детали и параметров установки заготовки;
2) формирование переходов механообработки и подбор инструментов;
3) расчет режимов обработки и норм времени.
При разработке операционной технологии технолог разрабатывает маршрутные и операционные карты, карты эскизов, карты наладки
инструментов для оборудования с ЧПУ, ведомости оснащения, нормировочные карты, карты контроля и другие документы.
В России для автоматизации проектирования технологических
процессов механической обработки деталей на машиностроительных
заводах разработаны САПР ТП: ВЕРТИКАЛЬ, КОМПАСАвтопроект, ТехноПро Базовая, TFLEX Технология, ADEM, Timeline,
КАРУС и др. Они могут использоваться для создания графических иллюстраций технологических документов. Так, в программе nanoCAD
Механика в базе элементов для технологов есть специальный раздел
Технологические эскизы (рис. 1.1), в котором представлены наиболее
часто используемые виды технологических установочных баз и приведены схематичные изображения инструментов. Эти изображения также можно применять при построении эскизов технологических операций.

Основные работы, выполняемые с помощью САПР ТП
7

Рис. 1.1. Элементы базы данных nanoCAD Механика, предназначенные для создания технологических эскизов

Этапы технологической подготовки производства

Различают следующие этапы технологической подготовки производства:
1. Технологическое проектирование:
• распределение номенклатуры деталей и сборок между цехами
и подразделениями предприятия;
• разработка технологических маршрутов движения объектов
производства;
• разработка техпроцессов изготовления и контроля деталей,
сборки и испытаний и прочей технологической документации;
• типизация технологических процессов, разработка базовых и
групповых процессов;
• техникоэкономическое обоснование разработанных технологических процессов.
2. Выбор оборудования:
• выбор и обоснование универсального, специального, агрегатного и нестандартного оборудования;
• выдача заданий на проектирование этого оборудования, а
также на проектирование гибких автоматических, автоматизированных, роботизированных линий и комплексов, конвейеров, транспортных средств и т. п.
3. Выбор и проектирование оснастки:
• выбор необходимого специального, универсального и унифицированного оснащения;
• проектирование (технологическое конструирование) оснастки. Для деталей сложной конфигурации технологическая подготовка производства обычно связана с необходимостью изготовления нового инструмента, приспособлений, оснастки и
станков.
4. Нормирование: определяют пооперационные технические
нормы времени всех технологических процессов, рассчитывают нормы расходов материалов.
Автоматизация работ по технической подготовке производства
уменьшает сроки выпуска новых изделий, снижает производственные
затраты и повышает качество работ по подготовке нового производства за счет их оптимизации. Эффективность применения САПР ТП
пропорциональна количеству наименований выпускаемых деталей и
сложности техпроцессов их изготовления.

8
Глава 1. САПР технологической подготовки производства...

Применение САПР ТП
при проектировании технологического процесса
обработки заготовки

Основное назначение САПР ТП — это проектирование технологических процессов для конкретного типа производства и формирование комплекта технологической документации в соответствии с
ЕСТД. Технологический процесс обработки детали содержит набор
операций, переходов, инструментов, приспособлений, оснастки и
станков, используемых при обработке конкретной детали. Он зависит
от объема выпуска и включает операции: заготовительные, механической и термической обработки, нанесения покрытий, слесарные и
технического контроля. Электронный технологический процесс в
САПР ТП представляет собой полное описание последовательности
технологических операций, которые необходимо выполнить (даже
если они осуществляются в разных цехах и относятся к разным видам
обработки).
Проектирование техпроцесса подразумевает работу с большим
количеством справочной информации (справочники по материалам,
заготовкам, оборудованию, оснастке, инструменту и т. д.). Информация об объекте изготовления в виде электронных чертежей 2D и 3D,
полученных с помощью САПРК, поступает на вход технологического проектирования.
Рабочие технологические документы разрабатываются в соответствии с общими правилами подготовки технологической документации и выбора средств технологического оснащения. Как правило, их
формируют в среде текстового редактора Microsoft Word, в который
передаются выходные данные из системы, и оформляют в соответствии с Р 505493—88. Рекомендации. Классификация, разработка и
применение технологических процессов. Формы и правила оформления маршрутных карт регулируются ГОСТ 3.1118—82. ЕСТД.
Технологические процессы состоят из комплекса групповых
технологических операций, выполняемых на специализированных
рабочих местах в последовательности технологического маршрута
изготовления определенной группы изделий. Выбор варианта технологического процесса изготовления детали является сложной многокритериальной задачей, которая решается на стадии технологической подготовки производства.

Применение САПР ТП при проектировании технологического...
9

Современные САПР ТП могут работать как с предельно упрощенными маршрутными технологиями, характерными для опытных
производств и небольших предприятий, так и со сложными операционными техпроцессами, насчитывающими сотни операций и переходов, что актуально для серийного производства. На основании технологии, спроектированной в электронном виде, можно автоматически
сформировать необходимые комплекты технологической документации различного назначения и степени сложности.
САПР ТП не заменяет технолога, а лишь позволяет ему быстро и
удобно оформить принятые им технологические решения, снимает
рутинную часть работы, выполняет расчеты, систематизирует нормативносправочную информацию, удобно сохраняет принятые технологические решения. Она облегчает разработку нескольких маршрутов для одной детали и выбор оптимального варианта в зависимости
от конкретных условий, например, от загруженности оборудования.
САПР ТП обеспечивает информационную поддержку процессов
технического проектирования и автоматизацию разработки технологических процессов, включая формирование документации (от конструкторской спецификации до производственных документов). Любой технологический объект, будь то операция или переход, может
быть сохранен и в дальнейшем использован при разработке других
технологий — как в неизменном виде, так и с последующей корректировкой.
В одних САПР ТП, реализующих, например, принцип синтеза
технологических процессов, информация о детали для автоматического проектирования варианта ТП вводится единовременно. В других подобных системах применяется диалоговое проектирование
(диалоговый синтез) ТП, и в них информация о детали вводится постепенно по ходу проектирования технологического процесса.
При выборе варианта технологического процесса изготовления
детали используют следующие методы:
• выделение множества из допустимой области вариантов технологических процессов по Парето;
• ранжирование критериев оптимальности по степени их важности с последовательной оптимизацией по этим критериям;
• последовательных уступок;
• обобщенных критериев оптимальности.
САПР ТП реализует алгоритм традиционной работы технолога,
но только с учетом возможностей современных компьютерных техно10
Глава 1. САПР технологической подготовки производства...