Технология машиностроения. Основы проектирования на ЭВМ
Введение
Данная книга посвящена вопросам проектирования технологических процессов (ТП) в машиностроении с использованием современных методов математического моделирования на ЭВМ. Особое внимание уделяется системам автоматизированного проектирования (САПР), моделированию закономерностей образования погрешностей, а также разработке элементов ТП, обеспечивающих заданное качество и производительность при минимальных затратах.
Основные положения и закономерности технологических процессов
Параметры и влияние факторов
ТП характеризуются выходными показателями: качеством, себестоимостью, производительностью. Важнейшие факторы — конструктивные параметры, режимы обработки, свойства технологической системы и внешние воздействия. Их влияние моделируется через математические уравнения, позволяющие предсказывать и оптимизировать параметры.
Модели образования погрешностей
Образование погрешностей связано с воздействием сил, тепловых перемещений, износа, остаточных напряжений и вибраций. В модели учитываются реакции опорных точек, упругие и тепловые деформации, а также случайные воздействия. Используются методы координатных систем с деформирующимися связями, позволяющие анализировать влияние факторов на точность обработки.
Закон распределения и прогнозирование
Для оценки вариаций выходных параметров применяются вероятностные модели (закон Гаусса, Пуассона, равной вероятности и др.). Они позволяют строить кривые рассеяния, прогнозировать вероятностные отклонения и управлять процессом с учетом риска выхода за допустимые границы.
Методы и средства автоматизированного проектирования
Структура и этапы проектирования
Процесс проектирования включает функциональное, конструкторское и технологическое этапы. В системе реализуются алгоритмы автоматического или интерактивного построения технологической документации, выбор режимов, схем базирования, расчетных моделей. Используются базы данных (БД) нормативной информации, технологических решений, стандартов.
Инструментальные средства
Инструменты системы позволяют: - создавать и редактировать технологические карты, планы обработки; - формировать таблицы решений, выбирать режимы и параметры обработки; - моделировать процессы, рассчитывать погрешности и оптимальные параметры; - автоматизировать подготовку технологической документации и управляющих программ для станков с ЧПУ.
Примеры автоматизированных операций
Автоматизированное проектирование включает: - создание структурных схем и графов обработки, - формирование таблиц переменных и параметров, - автоматический расчет и подбор режимов обработки, - формирование технологических карт и планов обработки, - проведение анализа и оптимизации процессов.
Разработка элементов технологических процессов
Этапы и методы
Разработка ТП начинается с анализа конструктивных особенностей детали, определения требований к качеству и технологичности, выбора исходных заготовок и методов их получения. Далее формируются технологические переходы, режимы обработки и планы. Важен модульный подход, позволяющий создавать универсальные технологические блоки, повышающие гибкость и эффективность.
Анализ конструктивных особенностей
Конструкторская проработка включает оценку технологичности поверхности, выбор методов обработки, определение оптимальных режимов, подбор инструментов и оснастки. В процессе проектирования учитываются требования к шероховатости, точности размеров, формы и поверхности.
Выбор методов получения заготовки
Методы получения заготовки (литье, штамповка, ковка, штамповка в штампах, ковочные молоты и пресс) выбираются исходя из размеров, материала, серии выпуска и технологических требований. Важна оптимизация по стоимости, качеству и скорости производства.
Формирование маршрутов обработки
Маршрут обработки — последовательность технологических переходов, определяющая порядок операций и выбор средств. Важна оптимизация структуры для повышения производительности и снижения затрат. Используются параллельные, последовательные и комбинированные схемы.
Оценка себестоимости
Расчеты включают анализ затрат на материалы, труд, энергию, инструмент, оснастку и время. Важна оптимизация по стоимости и времени, а также учет влияния факторов, таких как износ, тепловые перемещения и погрешности.
Использование автоматизированных средств
Инструментальные средства
В системе реализуются модули для автоматического выбора режимов, расчета погрешностей, формирования технологической документации, анализа вариантов. Используются базы данных нормативной информации, таблицы решений, графы структурных схем.
Методы и алгоритмы
Автоматизированное проектирование включает: - построение структурных схем и графов; - автоматический расчет режимов и параметров; - подбор оптимальных решений по эффективности и качеству; - формирование технологических карт и планов обработки; - контроль и корректировку на основе статистических данных.
Примеры автоматизации
Реализуются алгоритмы для назначения припусков, расчетов погрешностей, формирования планов обработки поверхностей, определения схем базирования и смены инструментов, а также автоматического выбора режимов обработки.
Практическое применение
В системе реализованы инструменты для автоматического и интерактивного проектирования ТП, формирования технологической документации, расчетов и оптимизации. Использование модульного подхода, баз данных, алгоритмов моделирования позволяет повысить качество, снизить затраты и ускорить подготовку производства.
Заключение
Разработанная система автоматизированного проектирования технологических процессов на ЭВМ обеспечивает высокий уровень автоматизации, точности и эффективности. Она позволяет формализовать и автоматизировать все этапы проектирования, повышая качество продукции и снижая издержки производства.
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 15.01.18: Машинист холодильных установок
- 15.01.26: Токарь-универсал
- 15.01.27: Фрезеровщик-универсал
- 15.01.35: Мастер слесарных работ
- 15.01.36: Дефектоскопист
- 15.01.38: Оператор-наладчик металлообрабатывающих станков
- Среднее профессиональное образование
- 15.02.07: Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
- 15.02.10: Мехатроника и робототехника (по отраслям)
- 15.02.16: Технология машиностроения
- 15.02.18: Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
- 35.02.10: Обработка водных биоресурсов
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НА ЭВМ О.В. Таратынов, В.В. Клепиков, Б.М. Базров Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования» в качестве учебного пособия для использования в учебном процессе образовательных учреждений, реализующих программы среднего профессионального образования УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Москва ИНФРА-М
УДК 621.01(075.32) ББК 34.5я723 Т19 Таратынов О.В. Т19 Технология машиностроения. Основы проектирования на ЭВМ : учебное пособие / О.В. Таратынов, В.В. Клепиков, Б.М. Базров. — Москва : ИНФРА-М, 2026. — 610 с. — (Среднее профессиональное образование). ISBN 978-5-16-021838-0 (print) ISBN 978-5-16-107659-0 (online) Комплексно изложены основные положения технологических процессов (ТП) в машиностроении, создающие условия решения технологических задач с помощью ЭВМ. Предложены методики построения ТП и примеры решения практических задач для изготовления изделий с заданными техническими параметрами. Раскрыты основы построения ТП в механической обработке изделий. Даны общие понятия и подходы к формализованному описанию объектов на ЭВМ. Приведены примеры решения технологических задач. Раскрыты пути обеспечения заданной производительности и качества при минимальной себестоимости обработки изделий. Для студентов, обучающихся по конструкторским и технологическим специальностям учреждений среднего профессионального образования. Может быть полезно технологам и конструкторам машиностроительных предприятий. УДК 621.01(075.32) ББК 34.5я723 Р е ц е н з е н т ы: Хомяков В.С. — доктор технических наук, профессор кафедры «Станки» ГОУ «СТАНКИН»; Босинзон М.А. — доктор технических наук, профессор МОУ ISBN 978-5-16-021838-0 (print) ISBN 978-5-16-107659-0 (online) © Таратынов О.В., Клепиков В.В., Базров Б.М., 2011 © ФОРУМ, 2011
Список основных условных сокращений АГП — агрегатированные группы поверхностей АгС — агрегатный станок АЛ — автоматическая линия АС — автоматическая система АСЗ — автоматическая смена заготовки АСИ — автоматическая система инструмента АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства АСУП — автоматизированная система управления производством БС — базы станка БД — базы данных ГАЛ — гибкая автоматическая линия ГАУ — гибкий автоматизированный участок ГАЦ — гибкий автоматизированных цех ГОМД — горячая обработка металлов давлением ГПМ — гибкий производственный модуль ГПС — гибкая производственная система ЕСТПП — единая система технологической подготовки производства ЕСКД — единая система конструкторской документации ИМ — исполнительный механизм ИТ — информационные технологии ИПС — информационно-поисковая система КСАП — комплекс средств автоматизации проектирования КУП — комплекс условий применимости КГП — комплексные группы поверхностей КГБ — комплекс технологических баз
МКП — модуль контрольно-измерительных устройств МО — модуль оборудования МП — модуль поверхностей МПз — заготовительный модуль поверхностей МПБ — модуль поверхностей базирующий МПИ — модуль поверхностей интегральный МПИз — заготовительный модуль поверхностей интегральный МПО — программно-математическое обеспечение МПр — модуль станочных приспособлений МПР — модуль поверхностей рабочий МПС — модуль поверхностей связующий МРС — металлорежущий станок МС — многооперационные станки МО — модуль станка МД — модель данных МСАПР — система автоматизированного проектирования настроенный на модульном принципе МСт — многоцелевые стенки МТБ — модуль технологических баз МТП — модульный технологический процесс (механообработки) МТС — модуль технологического процесса сборки МФО — модуль функциональный обслуживающий МФТ — модуль функциональный технологический НП — наименование обрабатываемых поверхностей ОГТ — отдел главного технолога ОТС — организационно-техническая система ООП — объектно-организационное программирование ПА — станок-полуавтомат ПО — программное обеспечение ПР — промышленный робот ПП — программный продукт РМ — рабочее место РП — рабочий процесс Список основных условных сокращений
РТК — роботизированный технологический комплекс РУ — станок с ручным управлением САПР — система автоматизированного проектирования САПР ТП — система автоматизированного проектирования технологических процессов САПР ТПП — система автоматизированного проектирования технологической подготовки производства САУ — автоматическая система управления СВТ — средства вычислительной техники СОТС — смазочно-охлаждающая технологическая среда СП — совокупность обрабатываемых поверхностей СТМ — сверхтвердый материал СНИ — справочно-нормативная информация СВТ — средства вычислительной техники СКАТ-пп — система комплексной автоматизации технологической подготовки производства СУБД — система управления базами данных ТВЧ — токи высокой частоты ТКИ — технологичность конструкции изделия ТС — технологическая система ТП — технологический процесс ТЗ — техническое задание УП — управляющая программа ЭМУ — электромашинный усилитель ЭГП — элементарная группа поверхностей Список основных условных сокращений
Введение Решение задачи проектирования технологических процессов (ТП) механической обработки деталей на ЭВМ позволит сократить время запуска изделия в производство, уменьшить затраты и обеспечить высокий технологический уровень выпускаемых изделий. В предлагаемом учебном пособии сделана попытка раскрыть основы проектирования ТП на ЭВМ, обеспечивающего все возрастающие требования машиностроительной промышленности, новых перспективных ТП. Использование модульного принципа явилось основой для дальнейшего развития технологических систем с целью удовлетворения конкретных требований потребителя. Концепция модульного принципа позволяет значительно упростить процесс проектирования ТП на ЭВМ и не отрицает основных принципов проектирования ТП, поскольку сформулирована на базе современных технологических решений и действующих экономических законах развития общества. В первую очередь эта концепция касается производства наукоемких, конкурентоспособных на мировом рынке изделий. Рынок требует гибкости во всех отношениях, умения реагировать на изменения международного спроса и удовлетворения всего спектра потребностей машиностроительной промышленности. Необходимость выпуска конкурентоспособной продукции требует непрерывного совершенствования ТП и средств технологического оснащения.
Раздел I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ Глава 1.1 ИЗДЕЛИЕ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ 1.1.1. Основные положения, понятия и определения технологии машиностроения Технология (от греч. techne — искусство, мастерство, умение и logos — слово, учение, наука) — совокупность методов и способов получения, обработки, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов и полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства продукции для получения предметов потребления и средств производства. Главной задачей технологии как науки является выявление физических, химических и механических закономерностей в целях определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных технологических процессов (ТП), требующих наименьших затрат времени и материальных ресурсов. Машиностроение — комплекс отраслей промышленности, изготавливающих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а также предметы потребления и оборонную продукцию. Машиностроение является материальной основой
технического перевооружения всего народного хозяйства. Главная задача машиностроения — обеспечение всех отраслей народного хозяйства высокоэффективными машинами и оборудованием. Технология машиностроения — раздел технических наук, в котором рассматривается сумма технологических процессов, зафиксированных документально, необходимых и достаточных для изготовления в производственных условиях всего многообразия машин, приборов, различного оборудования и устройств, т. е. всей продукции машиностроения. Изделие — предмет производства предприятия по окончании технологического цикла. Изделие может быть специфицированным — сборочные единицы, состоящие из двух и более составных частей, и неспецифицированным — детали, не имеющие составных частей. Технологическая преемственность изделия — свойство изделия, определяющее возможность использования применяемых на предприятии технологических процессов и отдельных операций, а также средств технологического оснащения для его изготовления и ремонта. Полуфабрикат — продукт труда, прошедший одну или несколько стадий обработки и предназначенный для дальнейшей обработки и изготовления из него готовой продукции. Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой (собираются) на предприятии изготовителя. Заготовка — предмет труда, из которого изменением формы, размеров, физико-химических свойств поверхности и (или) материала изготавливается деталь; при этом исходной заготовкой называют ту, что поступает на первую технологическую операцию. В машиностроении это обычно заготовки, полученные методами ковки, штамповки или литья. Заготовки, полученные методом ковки или горячей объемной штамповки, называют поковкой. Поковку, полученную горячей объемной штамповкой, называют также и штампованной заготовкой. Деталь — изделие, изготавливаемое из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Деталью считается изделие, на которое нанесено покрытие, например лак, краска или износостойкое покрытие, а также применены сварка, пайка, склейка и т. д. Базовая деталь — основная деталь, с которой начинается сборка машины или механизма, например рама автомобиля, ста8
нина станка и т. д. Базовая деталь является также основной типовой деталью, отражающей конструктивные, технологические и другие характеристики изделий, для определения условий программы производства в основном при проектировании цехов и заводов. Производственный процесс — совокупность взаимосвязанных действий людей и орудий труда, направленных на превращение сырья, исходных материалов и полуфабрикатов в готовую продукцию, а также на ремонт и восстановление изделий. Производственный процесс в машиностроении охватывает подготовку средств производства и организацию обслуживания рабочих мест; получение и хранение сырья, материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления и восстановления деталей машин; сборку и ремонт изделий; транспортирование сырья, материалов, заготовок, готовых изделий и их сборочных единиц; технический контроль на всех стадиях производства; упаковку готовой продукции и другие действия, связанные с изготовлением и ремонтом продукции. Технологический процесс — часть производственного процесса, совокупность технологических операций, содержащая целенаправленные действия по изменению и последующему определению состояния предмета труда. ТП излагается в технологических и маршрутных картах, входящих в состав технологической документации. ТП разделяется на технологические операции, которые, в свою очередь, делятся на технологические переходы, установы, позиции, проходы и приемы. Базовый технологический процесс — ТП высшей категории, принимаемый за исходный при разработке конкретного технологического процесса. К высшей категории относятся ТП, которые по своим показателям соответствуют лучшим мировым и отечественным достижениям или превосходят их. Групповой ТП (групповая технология) — процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Технологический единичный (специальный) npоцесс — процесс изготовления изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства. Типовой ТП — процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Технологическое проектирование — совокупность проектных процедур, направленных на получение описаний технологического изготовления объекта, т. е. на определение состава и поГлава 1.1. Изделие в технологии машиностроения
следовательности технологических операций и переходов, типов и режимов работы, используемого технологического оборудования, приспособлений и инструмента. Технологическая подготовка производства — совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства. При полной технологической подготовке производства на предприятии должен быть полный комплект технологической документации и средств технологического оснащения, обеспечивающих производство изделий высшей категории качества в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими высокий технический уровень и минимальные трудовые и материальные затраты. Технологический режим — совокупность изменений параметров ТП (скорости и глубины резания, подачи и т. п.) в определенном интервале времени. Технологическая норма — регламентируемое значение показателя ТП. Технологический комплекс — совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения для выполнения в регламентируемых условиях производства заданных ТП или операций. Технологический объект управления — совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим технологическим инструкциям или регламентам ТП производства. Технологическая дисциплина — соблюдение точного соответствия процесса изготовления или ремонта изделия требованиям технологической и конструкторской документации. Технологический метод — совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при выполнении формообразований, обработки или сборки, перемещения, включая технический контроль, испытания в ТП изготовления или ремонта, установление безотносительно к наименованию, типоразмеру или исполнению изделия. Технологическая система — совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентируемых условиях производства заданных технологических процессов и операций. Элемент технологической системы — часть технологической системы, условно принимаемая неделимой на данной стадии