CC BY
11
УДК 621.9.65.015.13
В.Б. Масягин, V.B. Masyagin, e-mail: [email protected]
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА ПРИ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ФОРМЕ ДЕТАЛЕЙ
AUTOMATION OF DIMENSIONAL ANALYSIS OF AN AXIALLY SYMMETRIC PARTS
Рассматривается программное обеспечение для размерного анализа технологических процессов механической обработки и размерного анализа конструкций, на основе кромочной модели детали, обеспечивающее повышение качества и производительности проектирования технологии и конструкции.
Considered software for dimensional analysis of technological processes of machining and dimensional analysis of structures, based on the model of edge detail, ensuring higher quality and performance design technology and design.
Ключевые слова: размерный анализ, технология, конструкция, кромка
Keywords: dimensional analysis, technology, design, edge
Определяющей в проблеме повышения требований к качеству, надежности, экономичности машиностроительной продукции и самого машиностроительного производства, его технологии, является задача обеспечения размерной точности деталей и сборочных единиц. Данная задача решается применением размерного анализа технологических процессов и конструкций.
Теоретической основой размерного анализа является метод размерных цепей, разработанный Б.С. Балакшиным [1] и усовершенствованный другими учеными. Применение конструкторских и технологических размерных цепей позволяет: проверить взаимозаменяемость деталей, узлов и изделий в целом; обеспечить достижение требуемой точности [2]; установить числовые данные сборочных размеров для технических условий контроля, сборки и приемки узлов и изделий; установить оптимальные значения межоперационных припусков; установить допуски и согласовать их с технологией сборки и обработки машины [3]. Трудоемкость размерного анализа значительна. Решение этой проблемы осуществляется на основе автоматизации, предусматривающей формализацию и алгоритмизацию расчетных операций [3, 4, 6].
331
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Среди изделий машиностроения значительную часть составляют узлы из деталей типа тел вращения, агрегаты и машины осесимметричной формы: осевые насосы, газотурбинные двигатели, турбодетандеры, и т.п. Размерный анализ в этом случае имеет ряд особенностей -выполняется расчет трех типов параметров: 1) продольных (линейных) размеров, 2) диаметральных размеров, 3) отклонений расположения (отклонений от соосности, отклонений от параллельности торцов и осей, отклонений от перпендикулярности). Для каждого расчета выполняется построение соответствующих размерных схем [3], схем припусков [4], графов [5], с последующим составлением уравнений размерных цепей и их решением.
С целью совершенствования размерного анализа при осесимметричной форме деталей на кафедре «Технология машиностроения» ОмГТУ разработаны компьютерные программы. При использовании данных программ не требуется ручной подготовки схем обработки и графов, что характерно для существующих программ, - все необходимые данные автоматически рассчитываются по информационно связанным моделям детали, заготовки, технологического процесса, конструкции изделия [7].
В частности, разработана программа «Размерный анализ технологических процессов осесимметричных деталей «NORMAL»» [8], базирующаяся на применении кромочной модели деталей.
Программа имеет следующие особенности: учет всех видов отклонений расположе-
ния, характерных для деталей типа тел вращения, и их взаимного влияния [9], в отличие от известных методов, основанных на раздельном расчете конструкторских и технологических размеров и отклонений расположения; применение матрицы смежности графа [10], в отличие от известных методов, использующих матричное представление уравнений размерных цепей; автоматическая проверка правильности исходных данных; автоматическое выявление погрешности базирования; автоматическое назначение технологических допусков и припусков; расчет по методу минимум-максимум; визуализация схемы припусков по рассчитанным размерам.
За счет применения кромочной модели деталей и матрицы смежности графа стало возможным учесть взаимное влияние перекосов детали и радиальных смещений на отклонения расположения и составляющие торцовых и радиальных припусков, чем обеспечивается повышение достоверности информации как об отклонениях расположения и технологических размерах, так и о припусках. Становится возможным более обоснованно назначать требования точности установки деталей в приспособлении, режимы резания и избежать появления «черноты».
Время проведения размерного анализа с применением разработанной программы составляет от 1-3 часов для простых деталей (20 конструкторских и 40 технологических размеров) до 3 - 6 часов для сложных деталей (50 конструкторских и 100 технологических размеров).
Существует аналогия в подходах к размерному анализу технологических процессов механической обработки и к размерному анализу конструкций: операционные технологические размеры и допуски составляют граф и матрицу смежности технологических размеров и допусков, а конструкторские размеры и допуски деталей сборочной единицы объединяются в общую размерную структуру - граф и матрицу смежности конструкторских размеров и допусков сборочной единицы.
С учетом этой аналогии на основе программы «NORMAL» разработана программа «Размерный анализ осесимметричных конструкций «UNION»» [11], обеспечивающая автоматическое выявление размерных цепей осесимметричных конструкций и их автоматизированный размерный анализ.
Программа предназначена для решения частного типа задач - прямой и обратной задач расчета размерных цепей осесимметричных конструкций с использованием метода максимума-минимума при обеспечении точности замыкающих звеньев методом полной взаимозаменяемости.
332
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Для проведения размерного анализа конструкции узла выполняется переход к модели узла в виде его геометрической модели, в которой все детали имеют только плоские и цилиндрические поверхности. Далее осуществляется формирование геометрических моделей отдельных деталей, причем эти модели полностью совпадают с моделями деталей, используемыми в программе «NORMAL», чем обеспечивается взаимная связь программ размерного анализа конструкций и технологических процессов.
Конструкцией узла предусмотрено наличие нормируемых контактов и зазоров между отдельными деталями в осевом направлении, и требования к замыкающим звеньям, число которых определяется требованиями к служебному назначению узла и требованиями технологии изготовления. Численные значения контактов и замыкающих звеньев и обозначения поверхностей - границ контактов и замыкающих звеньев заносятся в соответствующие таблицы, которые вместе с описанием геометрических моделей всех деталей узла представляются в виде текстового файла и вводятся в ПЭВМ.
На основе введенной информации о конструкции узла и составляющих узел деталях, программа автоматически осуществляет проверку исходных данных, формирует изображение контуров деталей сборочной единицы в разрезе, чем обеспечивается визуальный контроль правильности исходных данных и результатов расчета, сообщает об ожидаемых погрешностях размеров конструкции и об обеспечении или не обеспечении заданных значений допусков размеров составляющих деталей и размеров замыкающих звеньев конструкции.
При проведении размерного анализа с применением разработанных программ возможно еще на этапе конструирования и технологической подготовки производства оперативно устранить размерные и точностные ошибки и несоответствия, которые могут возник-
нуть при разработке конструкции и технологических процессов сборки и механической обработки, то есть обеспечить достижение высокого качества проектирования на начальном этапе жизненного цикла изделия. Тем самым исключаются затраты на устранение ошибок на последующих этапах технологической подготовки производства и этапе самого производства, когда затраты на устранение ошибок увеличиваются на порядок или даже несколько порядков.
Библиографический список
1. Балакшин, Б. С. Теория и практика технологии машиностроения : избр. тр.: в 2 кн. / Б. С. Балакшин. - М. : Машиностроение, 1982.
Кн. 2 : Основы технологии машиностроения. - 1982. - 367 с.
2. Дунаев, П. Ф. Расчет допусков размеров / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - М. : Машиностроение, 1992 .- 240 с.
3. Матвеев, В. В. Размерный анализ технологических процессов / В. В. Матвеев, М. М. Тверской, Ф. И. Бойков. - М. : Машиностроение, 1982. - 264 с.
4. Иващенко, И. А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации / И. А. Иващенко. - М. : Машиностроение, 1975. - 222 с.
5. Мордвинов, Б. С. Расчет технологических размеров и допусков при проектировании технологических процессов механической обработки : учеб. пособие / Б. С. Мордвинов, Е. С. Огурцов. - Омск : ОмПИ, 1975. - 160 с.
6. Калачев, О. Н. Интерактивное моделирование размерных изменений заготовки при проектировании технологического процесса механообработки / О. Н. Калачев // Информационные технологии. - 2001. - № 2. - С.10-14.
7. Масягин, В. Б. Совершенствование расчета линейных технологических размеров с помощью ЭВМ / В. Б. Масягин, С. Г. Головченко // СТИН. - 2004. - № 2. - С. 29-31.
8. Масягин, В. Б. Автоматизация размерного анализа технологических процессов механической обработки деталей типа тел вращения / В. Б. Масягин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2008. - № 3 (70). - С. 40-44.
333
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
9. Масягин, В. Б. Размерный анализ технологических процессов деталей типа тел вращения с учетом отклонений расположения на основе применения кромочной модели деталей / В. Б. Масягин // Справочник. Инженерный журнал. - 2009. - № 2. - С. 20-25.
10. Масягин, В. Б. Метод расчета линейных технологических размеров на основе матричного представления графа / В. Б. Масягин // Технология машиностроения. - 2004. -№ 2. - С. 35-40.
11. Масягин, В. Б. Автоматизация размерного анализа осесимметричных конструкций / В. Б. Масягин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2008. -№ 2 (68). - С. 25-28.
