Основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 488
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-009917-0
ISBN-онлайн: 978-5-16-104489-6
Артикул: 168300.07.01
Доступ онлайн
от 588 ₽
В корзину
Изложены методические основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении. Основное внимание уделено процессам механической обработки заготовок деталей машин с использованием металлообрабатывающих станков с ЧПУ и гибких производственных систем. Представлены типовая структура систем автоматизации проектирования технологических процессов и фрагменты автоматизации проектирования технологических операций и переходов на отдельных этапах. Приведены примеры использования САПР ТП PRAMEN и САПР «Раскрой» для оптимизации процесса проектирования.
Для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 15.02.18: Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
- 23.02.05: Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики (по видам транспорта, за исключением водного)
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.02: Технологические машины и оборудование
- 15.04.03: Прикладная механика
- 15.04.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.04.06: Мехатроника и роботехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Л.М. АКУЛОВИЧ В.К. ШЕЛЕГ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по машиностроительным специальностям 2020 Минск Москва «Новое знание» «ИНФРАМ»
УДК 621:658.512(075.8) ББК 34.5-02я73 А44 Акулович, Л.М. Основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении : учебное пособие / Л.М. Акулович, В.К. Шелег. — Минск : Новое знание ; Москва : ИНФРА-М, 2020. — 488 с. : ил. — (Высшее образование). ISBN 978-5-16-009917-0 (ИНФРА-М, print). ISBN 978-5-16-104489-6 (ИНФРА-М, online). Изложены методические основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении. Основное внимание уделено процессам механической обработки заготовок деталей машин с использованием металлообрабатывающих станков с ЧПУ и гибких производственных систем. Представлены типовая структура систем автоматизации проектирования технологических процессов и фрагменты автоматизации проектирования технологических операций и переходов на отдельных этапах. Приведены примеры использования САПР ТП PRAMEN и САПР «Раскрой» для оптимизации процесса проектирования. Для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений. УДК 621:658.512(075.8) ББК 34.5-02я73 А44 © Акулович Л.М., Шелег В.К., 2012 © ООО «Новое знание», 2012 Рецензенты: кафедра «Материаловедение и технология материалов» Белорусского государственного университета транспорта; профессор кафедры «Технология и оборудование машиностроительного производства» Витебского государственного технологического университета, кандидат технических наук В.И. Ольшанский ISBN 978-5-16-009917-0 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-104489-6 (ИНФРА-М, online)
Оглавление Список наиболее употребляемых сокращений .....................................7 Введение ..................................................................................................8 1. Особенности технологической подготовки машиностроительного производства .......................................................................................13 1.1. Направления развития машиностроения и роль подготовки производства ...............................................................................14 1.2. Основные термины и определения, используемые в САПР ....20 1.3. Современные требования к ТПП и задачи ее автоматизации ...22 1.4. Системы компьютерного проектирования в машиностроении .....................................................................24 1.5. Интегрированные САПР ............................................................36 1.6. Уровни автоматизации проектирования технологических процессов ....................................................................................41 1.7. Стандарты ЕСТПП .....................................................................43 Контрольные вопросы ..................................................................43 2. Методические основы автоматизированного проектирования технологических процессов ................................................................45 2.1. Методы автоматизированного проектирования и состав САПР технологических процессов .............................46 2.2. Системный подход при проектировании технологических процессов .......................................................57 2.3. Исходная информация для проектирования технологических процессов .......................................................68 2.4. Методика описания изделий в САПР ТП .................................69 2.5. Последовательность компьютерного проектирования технологических процессов .......................................................70 2.6. Формализация задач технологического проектирования ........90 2.6.1. Цель формализации и постановка задач .........................90 2.6.2. Использование некоторых положений дискретной математики для решения задач технологического проектирования .................................97 2.6.3. Математическое моделирование в САПР технологических процессов ...........................................108 2.6.4. Этапы решения задач методом математического моделирования ..................................131 2.6.5. Виды алгоритмов ............................................................134 2.6.6. Принятие решений при технологическом проектировании..............................................................136 Контрольные вопросы ................................................................140
Оглавление 3. Основы оптимизации технологических проектных решений ...........142 3.1. Задачи оптимизации при проектировании технических объектов ....................................................................................143 3.2. Критерии оптимальности и методы оптимизации технологических процессов .....................................................144 3.3. Структурная оптимизация технологических процессов ........154 3.3.1. Методические основы структурной оптимизации .......154 3.3.2. Оптимизация выбора метода изготовления заготовки ...156 3.3.3. Оптимизация выбора технологических операций ........164 3.3.4. Выбор рациональной системы станочных приспособлений .............................................................176 3.4. Параметрическая оптимизация технологических процессов механической обработки ..........................................................180 3.4.1. Основные технологические параметры оптимизации ...180 3.4.2. Постановка задачи расчета оптимальных режимов обработки материалов резанием ...................................180 3.4.3. Расчет оптимальных режимов резания методом линейного программирования .......................182 3.4.4. Оптимизация режимов механической обработки для дискретных значений параметров v и s ..................193 Контрольные вопросы ................................................................197 4. Виды обеспечения САПР технологических процессов ....................198 4.1. Техническое обеспечение .........................................................198 4.2. Математическое обеспечение ..................................................201 4.3. Лингвистическое обеспечение .................................................202 4.4. Информационное обеспечение ...............................................208 4.5. Программное обеспечение .......................................................214 4.6. Методическое и организационное обеспечение .....................225 Контрольные вопросы ................................................................226 5. Автоматизация проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ ...........................................................................228 5.1. Методы разработки управляющих программ..........................228 5.2. Классификация САПР УП .......................................................231 5.3. Структура и состав САПР УП ..................................................233 5.4. Характеристики САПР УП ......................................................237 5.5. Задание геометрической информации в САПР УП ...............239 5.6. Задание элементов контура ......................................................244 Контрольные вопросы ................................................................250
Оглавление 5 6. Особенности технологического проектирования в составе гибких производственных систем .................................................................251 6.1. Особенности технологии механической обработки в гибких производственных системах .....................................252 6.2. Основные положения методологии проектирования технологии для гибких производственных систем .................261 Контрольные вопросы ................................................................265 7. Примеры автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки .................................................266 7.1. Структура САПР ТП PRAMEN и режимы проектирования ...266 7.2. Схема проектирования технологических процессов механической обработки в САПР ТП PRAMEN ....................273 7.2.1. Режимы работы ...............................................................273 7.2.2 Последовательность проектирования ............................274 7.2.3. Перечень документов, существующих в базе данных ...283 7.3. Примеры проектирования в САПР ТП PRAMEN технологических процессов механической обработки заготовок деталей ......................................................................285 7.3.1. Кодирование чертежей деталей типа «тела вращения» .............................................................285 7.3.2. Кодирование чертежей плоских деталей.......................300 7.3.3. Проектирование технологических процессов механической обработки заготовок деталей «Стопор», «Шпиндель», «Плита» ..................................317 Контрольные вопросы ................................................................324 8. Примеры проектирования управляющих программ для станков с числовым программным управлением ............................................325 8.1. Автоматизированное проектирование управляющих программ обработки заготовок деталей типа «тела вращения» ........................................................................326 8.1.1. Общие сведения об автоматизированном проектировании УП .......................................................326 8.1.2. Последовательность разработки УП обработки деталей типа «тела вращения» .......................................335 8.2. Автоматизированное проектирование управляющих программ обработки плоских деталей .....................................354 8.2.1. Общие сведения о проектировании УП в САПР УП ПКД ............................................................354 8.2.2. Последовательность разработки УП обработки заготовок плоских деталей ..........................357 Контрольные вопросы ................................................................384
Оглавление 9. Автоматизированная раскладка заготовок деталей при раскрое из листа ............................................................................................385 9.1. Описание «САПР гильотина» раскроя заготовок деталей прямоугольной формы .............................................................385 9.2. Модуль раскладки .....................................................................386 9.2.1. Описание модуля раскладки ..........................................386 9.2.2. Работа модуля раскладки ...............................................388 9.2.3. Раскладка заготовок деталей в автоматическом режиме ............................................................................388 9.2.4. Раскладка заготовок деталей в ручном режиме ............392 9.2.5. Просмотр и корректировка результатов раскладки ......394 9.3. Формирование сведений об отходах и комплекта карт эскизов ......................................................................................395 9.4. Пример автоматизированной раскладки заготовок деталей в «САПР гильотина» ...................................................397 Контрольные вопросы ................................................................409 Приложения .........................................................................................410 1. Эскизы некоторых конструктивно-технологических элементов ....................................................................................410 Основные поверхности ............................................................410 Отверстия .................................................................................411 Канавки ....................................................................................414 Пазы .........................................................................................414 Лыски ........................................................................................415 Прочие ......................................................................................415 2. Варианты схем обработки конструктивно-технологических элементов ....................................................................................416 3. Способы описания точек............................................................432 4. Способы описания прямых линий ............................................434 5. Способы описания окружностей ...............................................437 6. Маршрутная карта механической обработки детали «Стопор» ..........................................................................441 7. Операционные карты механической обработки детали «Стопор» ..........................................................................444 8. Ведомость оснастки к ТП механической обработки детали «Стопор» ..........................................................................452 9. Маршрутная карта механической обработки детали «Шпиндель» ....................................................................454 10. Маршрутная карта механической обработки детали «Плита» ...477 Список использованной литературы .................................................483
Список наиболее употребляемых сокращений АСНИ — автоматизированная система научных исследований АСТПП — автоматизированная система технологической подго товки производства АСУ — автоматизированная система управления АСУП — автоматизированная система управления производ ством БД — база данных ГПМ — гибкие производственные модули ГПС — гибкие производственные системы ИП — исходная программа ИПС — информационно-поисковая система КИП — компьютерно-интегрированное производство КТИД — конструкторско-технологическая информация о де тали КТП — комплексный (типовой) технологический процесс КТС — комплекс технических средств КТЭ — конструктивно-технологический элемент КЭ — карта эскизов МО — математическое обеспечение ПК — программный комплекс ПМК — программно-методический комплекс ПО — программное обеспечение ППП — пакет прикладных программ ПТК — программно-технический комплекс САПР — система автоматизированного проектирования САПР И — система автоматизированного проектирования изделий САПР ТП — система автоматизированного проектирования техно логических процессов изготовления изделий САПР УП ПКД — система автоматизированного проектирования управ ляющих программ обработки плоских и корпусных деталей САПР УП ТВ — система автоматизированного проектирования управ ляющих программ обработки детали типа «тела вращения» САПР УП — система автоматизированного проектирования уп рав ляющих программ для станков с ЧПУ СУБД — система управления базой данных ТЗ — техническое задание ТКС — таблица кодированных сведений ТПП — технологическая подготовка про изводства УП — управляющая программа для станков с ЧПУ УТП — унифицированный технологический процесс УЧПУ — устройство числового программного управления
ВВЕДЕНИЕ Главная задача современного машиностроительного производства — выпуск конкурентоспособной продукции. Это обусловливает необходимость частого (адекватного спросу рынка) обновления объекта производства и быстрого освоения его выпуска, обеспечивающих высокое качество и минимальную себестоимость. Следовательно, производство должно быть быстропереналаживаемым, преимущественно серийного характера. В серийном производстве требования высокой производительности и гибкости традиционно считались альтернативными. Однако использование робототехнических комплексов, станков с числовым программным управлением, гибких производственных модулей и систем стирает резкую грань между серийным и массовым производством по показателям производительности и уровню автоматизации, но при этом значительно увеличивается объем работ по подготовке производства и актуальной становится их автоматизация. Основными технологическими процессами в машиностроении яв ляются механическая обработка и сборка. На их долю приходится более половины общей трудоемкости изготовления машины. В ходе подготовки производства разрабатываются технологический процесс изготовления каждой детали и технологический процесс сборки каждой сборочной единицы, а также технологические процессы изготовления заготовок, термической обработки деталей, покраски изделий и т.п. Основными задачами технологической подготовки производства на современном этапе являются: снижение трудоемкости подготовки производства и изготовле ния продукции в целом; сокращение сроков освоения выпуска новых изделий; повышение качества разрабатываемых технологических процес сов и продукции в целом. Указанные задачи решаются путем автоматизации технологической подготовки производства и всего производственного процесса. Теория автоматизированного проектирования различных техноло гических объектов (маршрутных и операционных технологических процессов, режимов резания, режущих инструментов, технологической оснастки, управляющих программ для станков с ЧПУ и т.п.) активно разрабатывалась с 60-х годов XX века. Основное внимание уделялось формализации методов проектирования и расчета технологических
Введение 9 задач, представлению информационной модели в виде необходимой технологической документации. Большой вклад в развитие автоматизации технологической подготовки производства внесли Г.К. Горанский, А.Г. Ракович, В.Д. Цветков, С.П. Митрофанов, Б.Н. Челищев, Н.М. Капустин и другие советские ученые. С появлением персональных ЭВМ и программно-технических средств обработки графической информации круг автоматизируемых технологических задач значительно расширился и стало возможным объединять различные этапы конструкторской и технологической подготовки производства путем создания интегрированных систем. Во многих современных системах автоматизированного проектиро вания (САПР) технологических процессов предусмотрено накопление знаний в области технологии машиностроения. В них используются знания опытных технологов: разработанные ими технологические процессы служат аналогами при проектировании новых технологий. Это позволяет минимизировать затраты, сократить сроки разработки оптимальных технологических процессов и повысить общий уровень технологической подготовки производства. Кроме того, использование систем автоматизированного проектирования технологических процессов практически исключает ошибки субъективного характера, в десятки раз повышает производительность труда тех но ло га- ма ши но строи те ля и гарантирует качество разрабатываемой технологической документации за счет более полного использования накопленных знаний в данной области. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов являются связую щим звеном между известными подходами математического описания методов обработки и построения их алгоритмов, с одной стороны, и прикладными задачами технологического проектирования — с другой. Они основываются на знаниях инженерной и компьютерной графики, материаловедения и технологии конструкционных материалов, метрологии и стандартизации, технологии машиностроения, теории графов, линейного программирования. Для решения задач автоматизации проектирования технологиче ских процессов в машиностроении широко используют методы дискретной математики и, в частности, теории графов. Это обу словлено тем, что многие объекты машиностроительного производства обладают ярко выраженной дискретностью. Типичными примерами дискретного объекта являются штамповочное, сборочное или механообрабатывающее производство, где технологический процесс представляет собой множество операций обработки на ряде станков. Предприятие — это
Введение совокупность цехов и служб, а сами цехи и участки также являются дискретными объектами. Одним из путей успешного внедрения интегрированных систем про ектирования является реализация групповой технологии, основанной на использовании оборудования, планировании и организации производства по принципу технологической общности деталей. Если выпуск изделий осуществляется с использованием гибких производственных систем, то система автоматизированного проектирования должна, прежде всего, обеспечивать гибкость технологических процессов. Под гибкостью понимается возможность быстрого перехода на новые технологические процессы с учетом изменения факторов, определяющих качество выпускаемых деталей (точность, качество поверхностного слоя и др.) и производительность. Спроектированный технологический процесс должен оперативно реагировать на изменение производственных ситуаций выпуска изделий. В основу каждой системы автоматизированного проектирования заложена определенная математическая модель, формализующая описание проектируемых изделий и процессов их изготовления. При решении технологических задач методом математического моделирования наиболее часто применяются алгоритмы поиска оптимальных путей в графах. Эти алгоритмы можно использовать в тех случаях, когда существует конечное число вариантов решения прикладной задачи, от выбора которых за висит значение некоторого критерия оптимальности, например, производительности, себестоимости, энергопотребления. В частности, такой подход может быть использован для выбора оптимальной структуры перехода, операции, а также для оптимизации технологического маршрута в целом, когда обработка детали допускает различные его варианты. Производственные процессы обусловливают специфику методов их математического моделирования. Это приводит к существенному различию как систем проектирования, так и условий их использования. В учебном пособии изложены основные подходы к автоматизации проектирования технологических процессов изготовления деталей в машиностроении. При этом основной акцент сделан на технологию механической обработки, приведены примеры автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки заготовок деталей машин и управляющих программ для станков с ЧПУ в САПР ТП PRAMEN. Последовательность изложения учебного материала обусловлена логическим восприятием задач технологической подготовки производства на предприятиях машиностроительных отрас
Введение 11 лей: вначале приводятся сведения об особенностях технологической подготовки в машиностроительно м производстве и методические основы автоматизированного проектирова ния технологических процессов, затем рассматриваются основы оптимизации техно логических проектных решений, структура САПР технологических процессов и управляющих программ для станков с ЧПУ. В первой главе рассмотрены направления развития машинострое ния, современные требования к технологической подготовке производства и задачи ее автоматизации посредством использования систем компьютерного проектирования в машиностроении, приведены основные тер мины и определения, классификация САПР и уровни автоматизации проектирования технологических процессов, сведения о стандартах. Во второй главе изложены методические основы автоматизирован ного проектирования технологических процессов, описаны способы задания исходной информации для разработки технологических процессов и методы автоматизированного проек тирования, приведена последова тельность компьютерного проектирования технологических процессов, методические основы фор мализации проектных процедур при технологическом проектировании. Третья глава посвящена описанию основ оптимизации технологи ческих проектных решений. Приведены задачи оптимизации, критерии оптимальности и методы оптими зации технологических процессов, рассмотрены основы структурной и параметри ческой оптимизации технологических процессов механической обработки. В четвертой главе описаны виды обеспечения САПР технологи че ских процессов (техническое, математическое, лингвистическое, ин фор ма ционное, программное, методическое и организационное), необходимые для его функционирования на машиностроительных пред прия тиях. В пятой главе рассматриваются вопросы автоматизации проекти рования управляющих программ для станков с ЧПУ, описаны методы разработ ки УП. Приводятся классификация, структура, состав и характеристика САПР УП, наглядные примеры задания геометрической информации в САПР УП. В шестой главе раскрываются особенности технологического проек тирования в составе гибких производственных систем. Приводятся сведения об отечественном и зарубежном опы те, описываются особенности технологии механической обработки и основ ные положения методологии ее проектирования для гибких произ водственных систем.
Введение Главы семь и восемь посвящены конкретным примерам: исполь зование САПР ТП PRAMEN при проектировании технологических процессов механической обработки заготовок типовых деталей типа «тел вращения» и плоских деталей; разработка управляющих программ для станков с ЧПУ. В девятой главе описано использование САПР «Раскрой» для оптимизации раскроя листовых материалов при изготовлении заготовок деталей. В конце каждой главы даны контрольные вопросы для закрепле ния изложенного материала. Введение, главы 2, 3, 5, 7–9 написаны Л.М. Акуловичем; главы 1, 4 и 6 — В.К. Шелегом. Данное учебное пособие призвано помочь студентам в изучении и освоении методов эффективного использования САПР для качественного решения традиционных технологических задач. Авторы выражают благодарность рецензентам: профессору В.И. Оль шанскому, профессору П.Н. Богдановичу, доцентам С.В. Петрову и М.И. Цырлину за замечания и рекомендации по улучшению изложения материала. Авторы признательны М.М. Жадовичу — заведующему отделом автоматизации технологического проектирования ОАО «Институт Белоргстанкинпром», а также сотрудникам этого отдела за помощь при описании примеров проектирования.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Особенностью современного машиностроительного производства является необходимость частой сменяемости номенклатуры выпускаемых изделий, что вызвано потребностями рынка. В таких условиях предприятия машиностроительного профиля стремятся обеспечить гибкость производства и иметь технологическое оснащение, соответствующее требованиям серийного производства, что позволяет выпускать продукцию широкой номенклатуры. Однако условия жесткой конкуренции вынуждают минимизировать трудоемкость изготовления изделий, поэтому возросли требования к достижению высокой производительности в мелко- и среднесерийном производстве. Это особенно актуально на стадии подготовки производства в связи с непрерывным увеличением ее доли затрат в себестоимости продукции серийных производств. Основной составляющей в трудоемкости подготовки производства являются затраты инженерного труда на проектирование технологических процессов. Наметились три направления решения проблемы повышения эф фективности инженерного труда в сфере проектирования: рационализация системы проектирования, включая системати зацию самого процесса проектирования и улучшение организации труда инженера-проектировщика; комплексная автоматизация формальных, нетворческих функций инженера-проектировщика; разработка имитационных моделей для воспроизводства на ком пьютерах умственной деятельности человека, его способности принимать решения в условиях полной или частичной неопределенности проектных ситуаций, разработки эвристических алгоритмов, позволяющих качественно решать сложные задачи проектирования при введении определенных ограничений. 11
1. Особенности технологической подготовки производства Направления развития машиностроения и роль подготовки производства Удовлетворение требований высокой мобильности и производи тельности достигается путем автоматизации производственных процессов за счет широкого использования станков с ЧПУ, гибких производственных модулей, робототехнических комплексов и гибких производственных систем (ГПС). Основой производственных процессов являются автоматизиро ванные технологические процессы механической обработки и сборки, обеспечивающие высокую производительность и необходимое качество изделий. Современное машиностроение развивается в направлении автоматизации производства, внедрения гибких технологий, позволяющих быстро и эффективно перестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий [3, 38]. Под гибкостью понимается возможность быстрого перехода на но вые технологические процессы в связи с изменением факторов, определяющих качество выпускаемых деталей, производительность. При изменении конструктивных параметров детали ГПС должны количественно и качественно переналаживаться в сжатые сроки при минимальных затратах. Таким образом, тенденцией современного этапа автоматизации про ектирования является создание комплексных систем, включающих конструирование изделий, технологическое проектирование и изготовление изделий в ГПС. Спроектированный технологический процесс должен оперативно реагировать на изменение производственных ситуаций изготовления изделий. Автоматизация проектирования технологии и управления произ водственными процессами — один из основных путей интенсификации производства, повышения его эффективности и качества выпускаемой продукции. Использование ГПС и технологических модулей позволяет изготавливать детали в любом порядке и варьировать их выпуск в зависимости от производственной программы, сокращает затраты и время на подготовку производства, повышает коэффициент использования оборудования, изменяет характер работы персонала, повышая удельный вес творческого, высококвалифицированного труда [4, 25, 26]. Одна из тенденций современного этапа проектирования — созда ние комплексных систем автоматизированного проектирования и из 1.1.
Доступ онлайн
от 588 ₽
В корзину