CC BY
20
УДК 621.658.58.52.011.56
Создание компьютерной среды проектирования для решения компоновочных задач (на примере автоматизации компоновок универсальных сборных приспособлений)
П. С. Петров, А. Н. Феофанов, А. В. Рыбаков
Обоснование автоматизации синтезирования графических монтажных схем модульных приспособлений из элементов УСП. Введение понятия о базе знаний (БЗ) и описание ее наполнения. (Основнойупор сделан на базе знаний.)
Ключевые слова: САПР, УСП, базы знаний, синтез конструкции, алгоритм, база данных.
Введение
Особенностями современного машиностроения являются значительный рост номенклатуры выпускаемой продукции, снижение программы ее выпуска и сокращение длительности производственного цикла [1]. Быстрая переналадка от одного типа изделия к другому позволила оценить эффективность модульных конструкций.
В единой производственной системе станок — приспособление — инструмент — деталь особое внимание уделяется приспособлению. Оснастка играет важную роль для производства продукции. Ее модульность является только плюсом с многочисленной инвариантностью различных компоновок — таким требованиям удовлетворяют универсально-сборочные приспособления (УСП). В процессе создания оснастки конструктор сталкивается с рядом как теоретических, так и практических задач, состоящих из возникающих друг за другом логических цепочек действий. При проектировании оснастки, как правило, опираются на знания и опыт, полученный в результате решения этих задач.
Основная часть
Создание или воспроизведение оснастки начинается с восприятия и тщательного изуче-
ния конструктором чертежа детали и описания технологического процесса обработки изделия и дополнительных требований к нему. По этим материалам устанавливаются обрабатываемые поверхности, методы обработки и схемы базирования на предполагаемом оборудовании с проектируемой оснасткой. Все это дает понимание конструктору оснастки установить: под какие требования нужно соорудить приспособление для получения готовой детали. Если аналогичное изделие имело место быть, то по памяти и на основе опыта воссоздается подобная или значительно усовершенствованная конструкция приспособления. Его останется проверить по технологическим параметрам, а если не существует аналога, то синтез приспособления проходит полную цепочку действий, представленную на рис. 1. Синтез конструкции у конструктора технологической оснастки (ТО) происходит в мыслительной неявной форме с образным представлением конечного результата. На стадии перехода от образного представления до воплощения возникает большинство ошибок. Средством уменьшения их может послужить визуальное представление в виртуальной среде путем автоматизированного моделирования приспособления. Это оправдано, когда сами детали-полуфабрикаты представлены в математических моделях.
ШШШМБОТКА
Автоматизировать такую цепочку действий можно путем добавления в эту схему базы данных (БД) и базы знаний (БЗ) [2-5] (рис. 1). Конструктор технологической оснастки задает автоматизированной системе (АС) все необходимые входные параметры. Далее эту информацию для удобства изложения будем понимать как формализованное техническое задание на проектирование технологической оснастки в условиях АС.
С помощью логического взаимодействия этих блоков данных выбирают компонент из базы данных, подходящий по технологическим параметрам для синтеза компоновки УСП, или заносят эти данные в автоматизи-
рованную систему для дальнейшего использования. Выбранный компонент имеет свои ограничения как по рабочей зоне для обработки нужной детали, так и по массе заготовки с приспособлением. В табл. 1 приведен фрагмент ограничений по компонентам для корпусных деталей и тел вращения.
Универсально-сборные приспособления — это общемашиностроительная оснастка. Используют три серии УСП, которые характеризуются габаритными размерами элементов и сборочных единиц, расстояниями между осями и диаметром установочных отверстий. На элементы оснастки УСП действуют стандарты и единая технологическая документация.
Рис. 1. Общее представление проектирования ТО
Ограничения по оборудованию
Таблица 1
Эскиз
Корпусные детали
Тела вращения
Рабочая зона
W1
раб. з х
— габаритные размеры
W1
раб. з а
— габаритные разме-
рабочей зоны по х;
W1
раб. з у
— габаритные размеры
рабочей зоны по у;
w1
раб. з 2
— габаритные размеры
рабочей зоны по 2;
ры рабочей зоны по й; ^раб. з I — габаритные размеры рабочей зоны по I;
^раб. з > ^р> где ^р — габаритные размеры приспособле-
раб. з >
> Жпр, где Wn-0 — габаритные
пр
размеры приспособления
Приспособление
Wп
: Wд + WэЛ. пр, где Wд -
Wп
Wд + Wэл. пр, где Wд -
габаритные размеры детали;
габаритные размеры детали;
W.
эл. пр
— габаритные размеры
W,
эл. пр
— габаритные размеры
элементов приспособления;
Wд х = 1,25Ь; Wд у =1,25В; Wд 2 = 1,25Я
элементов приспособления;
W,
д а = 1,25Д;
Wд 1 = 1,25Ь
ния
Серия определяется по ширине шпоночного паза Впаз (8, 12 и 16 мм) или диаметру крепежных элементов [8-11]. Все детали пронумерованы и каталогизированы, что упрощает создание БД моделей.
Визуальное представление моделей УСП показано на рис. 2.
База данных — совокупность данных, организованных в соответствии с концептуальной структурой, описывающей характеристики этих данных и взаимоотношения между ними, причем такое собрание данных, которое поддерживает одну или более областей применения [6]. Модели элементов в параметрической форме переносятся в САПР, где при
подборе конструкции им определена роль согласно типу и группе.
Например, информация об элементе УСП 7080-2162, представленная в табл. 2, является частью БД. Именно это обозначение включено в спецификацию на приспособление при завершении проектирования в АС. По номенклатурному номеру можно определить, в какую группу он входит и какую геометрию имеет.
Группы состоят из базовых, корпусных, направляющих, установочных, прижимных, крепежных и разных деталей, а также из сборочных единиц.
Приспособление, как показано в табл. 1, как правило, состоит из первого уровня —
Рис. 2. Визуальное представление моделей УСП
Параметрическая таблица элемента УСП — ребристого угольника 60 х 60 мм
Таблица 2
Эскиз
ГОСТ
Обозначение
Основные параметризованные размеры I х Ь х к, мм
Масса, кг
7080-2161
45 х 60 х 60
0,57
15291—70
7080-2162
60 х 60 х 60
0,81
7080-2171
90 х 60 х 60
1,09
основания, второго — стойки приспособления, третьего — зажимных (удерживающих) устройств. Программа создания и компоновки оснастки будет строиться с нулевого (У0 — от места крепления к обрабатывающему оборудованию) до последующих уровней с базированием и закреплением заготовки относительно ее расположения в зоне обработки.
Например, корпусные детали — 633 типоразмера элементов. В эту группу входят прокладки, подкладки, опоры, проставки, призмы, угловые опоры и подкладки, угольники (крепежные, ребристые, установочные) и планки. Все эти элементы служат для образования корпуса приспособления [7]. Ввод дополнительного поля к элементу, которое указывает на их при-
надлежность к определенной группе и выполнение конкретной функции в приспособлении, облегчают эту задачу. Это поле — логический индикатор при синтезировании конструкции.
Из технологической документации можно выделить ограничения на каждую серию. Например, в УСП с пазами -Впаз = 8 мм (УСП-8) можно устанавливать обрабатываемые детали с максимальными габаритными размерами: ширина Ь8тах заг = 180 мм, длина ¿8шах заг = = 480 мм, высота к8тах заг = 240 мм. Максимальная масса обрабатываемых изделий т8тах заг = 5 кг. Можно составить логическое
Логическое ограничение элементов УСП
выражение с ограничениями, по которым будут проверяться синтезированные конструкции УСП (табл. 3). По этим данным можно разработать еще множество таких логических цепочек, которые формализуют знания конструктора технологической оснастки о его предметной области. В результате все собранное — это не разрозненные определения, а система взаимосвязанных понятий, выстраиваемых в иерархическую сеть.
Семантическая сеть — это ориентированный граф, описывающий знания в виде сетевых структур.
Таблица 3
БПаз, мм Ьтах заг х 1тах заг х ктах заг» мм Ьт1п заг х 1т1п заг х кт1п ваг мм ттах ваг кг Логические ограничения
8 180 х 480 х 240 — 5 Ьзаг < 180 ¿заг < 480 кзаг < 240 тзаг < 5
12 300 х 1440 х 720 15 х 30 х 2 60 15 < Ьзаг < 300 30 < гзаг < 1440 2 < кзаг < 720 тзаг < 60
16 2500х2500х1000 150 х 200 х 40 3000 150 < Ьзаг < 2500 200 < гзаг < 2500 40 < кзаг < 1000 тзаг < 3000
Рис. 3. Схема возможных взаимосвязей деталей УСП
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
I ЛЕТ^АЛЛ 00 БРА^РТКА
а)
Лит 11
б)
Рис. 4. Приспособления из УСП для обработки однотипной детали: а — токарной; б — фрезерной
Объектно-ориентированные данные, обладающие связями и смысловым содержанием о предметной области, называются базами знаний (рис. 3).
В состав базы знаний входят словарь понятий предметной области, функциональные зависимости (в форме аналитических выражений, реляционных таблиц, правил принятия решений, параметрических чертежей, база данных и запросы к ним), меню расчетов и т. д. Для пользователя базы знаний оформлены в виде систем автоматизированной поддержки информационных решений [8].
База знаний работает по следующей схеме. По исходным данным и принятым ограничениям, зафиксированным в формализованном ТЗ для автоматизированной системы проектирования, выполняется расчет, на основе которого обосновывается конструкция приспособления. Пользователь может использовать стратегии моделирования по аналогу, действуя отдельными пошаговыми операциями или создавая с нуля [8]. В последнем случае, пользователь совершенствует БЗ. Примеры подходов показаны на рис. 4.
К основным функциям АС относятся накопление прикладной БЗ пользователя, управление и отображение в процессе проектирования.
На выходе после корректировки и визуальной проверки конструктором технологической оснастки АС должна предоставить 3-мерное приспособление с обрабатываемой деталью и его спецификацию из элементов УСП. Документация оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД.
Выводы
Для того чтобы конструктор технологической оснастки мог взаимодействовать с АС подбора компоновок приспособлений, понадобится реализовать диалоговый режим, что обеспечит пошаговое выполнение алгоритма, ввод и корректировку данных. Благодаря этому режиму АС может накапливать типовые решения ком-
поновок в БЗ для их дальнейшего использования и усовершенствования. Целесообразно стремиться организовать такие условия выполнения работы, чтобы большая часть противоречий могла быть обнаружена и устранена на более ранних стадиях решения, не выходя за стадию информационной проработки конструк-торско-технологических решений [8].
Литература
1. Феофанов А. Н. Гибкие автоматические линии в машиностроении. М.: Янус-К, 2002. 192 с.
2. Рыбаков А. В., Евдокимов С. А., Краснов А. А. Создание системы автоматизированной поддержки информационных решений при проектировании технологической оснастки. М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2013. 162 с.
3. Рыбаков А. В., Евдокимов С. А., Краснов А. А.
Возможности процессов проектирования машиностроительных изделий на основе компьютерных баз знаний (на примере станочных приспособлений) // Вестн. «Станкина». 2015.№ 2.
4. Рыбаков А. В., Краснов А. А. Организация процесса проектирования и изготовления технологической оснастки на основе управляемой системы взаимосвязанных компьютерных моделей // Изв. Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14, № 4. С. 677-685.
5. Создание компьютерной базы знаний для работы с нормативно-справочной информацией в машиностроении CAD/CAM/CAE Observer #1, 2 (53, 54) / С. А. Евдокимов, И. В. Григорьев, А. А. Краснов, А. В. Рыбаков, А. Н. Шурпо [и др.]. 2010.
6. ГОСТ 31.111.41—93. Детали и сборочные единицы универсально-сборных приспособлений к металлорежущим станкам. Основные параметры. Конструктивные элементы. Нормы точности.
7. Прохоров А. Ф. Конструктор и ЭВМ. М.: Машиностроение. 1987. 272 с.
8. Черпаков Б. И. Технологическая оснастка: учеб. М.: Академия, 2003. 288 с. С. 256-273.
9. Кузнецов В. С., Пономарев Б. А. Универсально-сборочные приспособления: альбом монтажных чертежей. М.: Машиностроение, 1974. 156 с.
10. ГОСТ 31.111.42—83. Детали и сборочные единицы универсально-сборочных приспособлений к металлорежущим станкам. Технические требования. Методы контроля. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.
11. Каталог деталей и сборочных единиц универсально-сборных приспособлений. М.: Науч.-иссл. ин-т информации по машиностроению, 1975.
