"2
Аналогично ребро lx2 = U x2i определяет объединение конструк-
i=1
тивных элементов калибрующей части: я21(ЛН) - ленточку; дг22(ТС) - торцовое сечение.
"з
Ребро I* з = и ху формирует направляющие части: х31(ПН) - перед- i=i
нюю направляющую; х32(ЗН) - заднюю направляющую.
"4
Ребро 1Х4 = и xAi соответствует объединению конструктивных эле-;-1
ментов крепежной части инструмента: x4l (ХВ) - хвостовика; х42(Ш) - шейки.
Таким образом, компоновка режущего инструмента на уровне основных его частей определяется объединением
l\ = U xi i=i
на уровне конструктивных элементов
Я "1 пг я3 л4
h~V lXi = U хи и X2i ux3i их 4(.
,=1 /=1 i=i,=1,=1
Каждый конструктивный элемент характеризуется определенными линейными и угловыми размерами, числами зубьев и т. д. На графе это отображается ребрами 1хП, 1х12, 1хП, lx2l, lxl2, lxii, 1хЪ2,
^х41> ^42 > 3
каждое ребро определяет набор параметров, характеризующих конструктивный элемент инструмента. Например, передняя поверхность (ПП)
хп, задается передним углом y(xj2), углом наклона винтовой канавки
A Q ^2 •
со(х12), наличием подточки (х12) и т. д. Следовательно, /х12 = Uх\2, где
/=1
к2 определяет число параметров.
Соподчиненность частей инструмента, конструктивных элементов и их параметров на графе обозначена вершино-реберными связями {*,,/*,},
{х2,1х2}, {хзАзЬ {*пАиЬ {*12^*12} и т.д., каждая из которых
является ребром связного графа, множество вершин которого представлено подмножеством вершин и подмножеством ребер.
Некоторые параметры и свойства относятся непосредственно к какой-либо части инструмента или к инструменту в целом. Область формирования этих параметров представлена ребрами /{,, l\2, з > ^4 > а инструмента в целом - ребром /*5. К таким параметрам могут относиться материал инструмента или его частей, покрытие и диаметральные размеры.
На основании анализа графовой модели определяются параметры конструктивных элементов, частей инструмента и инструмента в целом как объединение множеств этих параметров, представленных ребрами данного графа. В результате выполнения операции объединения формируется множество неповторяющихся параметров. Из этого множества производится выборка параметров, по которым проектируется инструмент на ЭВМ. Например, для цельного спирального сверла множество неповторяющихся параметров включает диаметр сверла d, его длину /, код инструментального материала (КИМ), геометрические параметры: передний угол у, задний угол а, угол при вершине 2<р, угол наклона винтовой канавки со, ширину / и глубину g ленточки, координаты торцового сечения, параметры хвостовика. Для определения каждого названного параметра необходимо сформировать исходные данные, которые определяют конструкцию режущего инструмента в целом.
Взаимосвязи исходных данных с параметрами сверла представим в виде графа Г2 = {х, Е), у которого х - множество вершин, Е - множество ребер, причем каждое ребро /,• с Е представляет собой некоторое подмножество вершин с х (рис. 14.7).
Ребро графа /, является областью формирования исходных данных. Исходные данные разбиты на три группы.
Первая группа характеризует обрабатываемую деталь и определяет непосредственно связи между заготовкой и инструментом (ребро /3). Каждая вершина ребра /3 определяет: материал детали, его химические, физические и механические свойства (вершина х,); требования по шероховатости обрабатываемой поверхности (х2 У, точность обрабатываемой детали (х3); геометрическую форму обрабатываемой детали (х4);
метод получения заготовки детали (штамповкой, литьем и др.) (х5); габаритные размеры детали и ее массу (х6); другие дополнительные данные (х7).
Вторая группа относится непосредственно к самому инструменту (ребро /4). Вершины ребра /4 отображают: тип инструмента и особенности его конструкции (xs); габаритные размеры инструмента (х9); материал инструмента (*10); характер производства инструмента (единичное, серийное) (хи); требования к переточке инструмента (дс12), особенности термообработки и методы нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность инструмента (*i3) и другие дополнительные данные (хи).
Третья группа относится к условиям эксплуатации инструмента (ребро /5). Вершины ребра /5 описывают: режимы резания (jc15), характер производства деталей (единичное, серийное и др.) (х16), вид СОЖ и способ подвода ее в зону резания (хп), регламентацию по стойкости инструмента (л:18), форму стружки и ее отвод (xi9), вид оборудования, на котором предполагается использование инструмента и его мощность (х20), другие дополнительные данные х21.
Параметры инструмента формируются в области ребра /2, где вершины х22 -х31 индексируют данные параметры.
Дуги графа (lltl2), (/3,/2), (/4,12), (/5,/2) фиксируют прямые связи между исходными данными и параметрами инструмента, а (/2,, (/2, /3),
(/2, /4), (/2,/5) - обратные связи. В этом случае ребра графа играют роль вершин.
Одна из сложных задач при проектировании инструмента - это определение числа исходных данных и степени их влияния на каждый параметр.
В качестве примера на графе Г2 = (дс, Е) обозначены дуги (х,,х24), {х9,х24), (х15,х24)> (*1б>*24)> (*20>*24)> указывающие на зависимость выбора инструментальной стали от материала детали (х,), габаритов инструмента (х9), скорости резания (х15), серийности производства (jc!6), состояния оборудования (х20). На выбор инструментального материала влияют исходные данные, принадлежащие всем трем группам (ребра /3,/4,/5), а также параметры инструмента, ранее определенные (х22).
Таким образом, при расчете любого параметра инструмента используются исходные данные и результаты расчета предшествующих параметров в структуре графа Г2 = (х, Е) в соответствии с построенным алгоритмом решения задачи.
14.4. САПР НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Примеры САПР некоторых видов режущих инструментов рассмотрим по данным [24].
САПР фасонных резцов. Алгоритм полного расчета фасонных резцов, состоящий из восьми модулей, приведен на рис. 14.8. Каждый модуль состоит из блоков, которые решают поставленную задачу с учетом оптимизации конструктивных параметров резцов по минимальной погрешности обработки, максимальной стойкости и др. Для этого в блоках имеются циклы возврата и задаются оптимизационные условия, а проектирование ведется в диалоговом режиме, что повышает качество и ускоряет процесс проектирования. Применение модульного принципа позволяет также упростить составление программ и в зависимости от поставленной задачи использовать любой из требуемых модулей.
Исходными данными при проектировании являются: обрабатываемый материал и его свойства ав, осевые, угловые и диаметральные размеры детали и допуски на них; передние и задние углы в базовой точке, расположенной на оси детали; наружный радиус для круглых резцов и др.
 |
 |
 |
Трудоемкость расчетов зависит от поставленной задачи, количества характерных точек профиля, выбранных параметров и типа резца.
Расчет параметров призматических резцов для наружной обработки производится с помощью модуля 1; круглых резцов для наружной обработки - с помощью модуля 2.1, а для внутренней обработки - с помощью модуля 2.2. Модули 1; 2.1 и 2.2 являются основными и проводят расчет высотных размеров профиля и геометрических параметров резцов от принятой базовой точки до всех характерных точек лезвия резца.
При разработке алгоритма применяется тригонометрический метод расчета, в котором используется наименьшее количество формул. При этом ряд формул является общим для всех типов фасонных резцов. Размеры профиля резца и допуски рассчитываются с точностью до 0,001 мм, а угловые размеры - до Г.
Для расчета погрешности на торовых участках детали предназначен модуль 3, а погрешности на конических участках - модуль 4. Исходными данными являются: осевые и диаметральные размеры характерных точек этих участков, а также параметры и тип применяемого резца. Максимальная погрешность и ее положение по длине участков детали определяются методом итерации, для чего задаются осевыми размерами с выбранным шагом 0,1...0,3 мм. В результате расчета находится положение точки на профиле детали с максимальной погрешностью, которая должна составлять часть допуска на изготовление детали. Если это условие не выдерживается, то изменяются параметры или тип резца и проводится новый расчет. Такой расчет необходим при окончательной обработке фасонными резцами деталей, имеющих точность диаметров по JT&...JT9, так как погрешность обработки может превышать эти размеры. Значение Дм рекомендуется также учитывать и при расчете размера припуска на последующую технологическую операцию детали.
Модуль 5 предназначен для расчета составляющих силы и мощности резания. Исходными данными являются: обрабатываемый материал и его физико-механические свойства, число, ширина, угол в плане и угол резания участков режущего лезвия, материал фасонного резца и принятые режимы обработки. По значениям Pz и Ру рассчитывается диаметр оправки или хвостовой части у круглых резцов, а по значению Pz определяется мощность, расходуемая на резание, и сравнивается с мощностью станка.
В модуле 6 проводится расчет периода стойкости Т в характерных точках профиля лезвия резца, который зависит от материала резца, принятых режимов резания (скорости и подачи), конфигурации профиля (углов в плане и углов сопряжения лезвия) и нормального заднего угла в точках лезвия. Точки лезвия, имеющие минимальный период стойкости, и будут определять эксплуатационный период стойкости всего резца в целом, после чего резец должен сниматься со станка и перетачиваться. На этой стадии проектирования конструктору очень важно сделать оценку периода стойкости характерных точек резца и по принятым режимам и геометрическим параметрам резца определить его ожидаемую эксплуатационную стойкость. Если резец работает на автоматах или полуавтоматах, то рекомендуется его период стойкости согласовать с работой режущих инструментов на других позициях. В модулях 5 кб при определении величин Р2, Ру и Г применяются эмпирические формулы.
Для контроля профиля резца применяются калибры, допуски, осевые и высотные размеры которых рассчитываются в модуле 7. При этом учитываются рассчитанные допуски на размеры профиля резца и вид (входящий или охватывающий) участков профиля калибра, а также износ их при эксплуатации. Расчет высотных размеров ведется от базовой точки до всех остальных точек, а осевых - для двух соседних характерных точек профиля калибра. Практика показывает, что калибры с такими размерами имеют при эксплуатации максимальный срок службы.
Разработанная система автоматизированного проектирования с использованием всех модулей позволяет решать комплексную задачу, связанную с проектированием и эксплуатацией фасонных резцов, повысить качество проектирования и эффективность применения резцов в производстве. При этом проектирование ведется с учетом заданной оптимизации и ускоряется в зависимости от поставленной задачи от 4 до 10 раз и более.
Расчет оптимальной длины режущей части круглой протяжки.
Для конструкции протяжки с групповой схемой обработки характерно сочетание большого количества различных элементов: материала режущей и хвостовой частей, числа зубьев в секции, шага и высоты зубьев, распределения срезаемого слоя между зубьями секций и т.д.
В результате при проектировании можно получить несколько десятков вариантов конструкций. Применение ЭВМ позволяет не только сократить время проектирования, но и оптимизировать конструкцию на основании анализа результатов проектирования.
При расчете необходимо выбрать такое сочетание числа зубьев в секции zc, шага режущих зубьев tp и высоты канавки hK, которое обеспечивает прочность протяжки, хорошее размещение стружки, минимальную длину режущей части, требуемое качество обработанных поверхностей и учитывает условия эксплуатации протяжки.
В качестве критерия оптимизации выбираем минимальную длину режущей части, которая обеспечивает максимальную производительность процесса протягивания. Управляющими параметрами являются число зубьев в секции zc, шаг режущих зубьев протяжки tp и высота
канавки hK. Ограничивающими факторами будут силы протягивания, допустимые прочностью протяжки в опасных сечениях по впадине первого зуба (Рр) и по наименьшему диаметру хвостовика (Рхв); допустимое тяговое усилие станка (Р„), допустимые значения толщины срезаемого слоя по лимитирующей силе протягивания (S0), по условиям размещения стружки (5^), по условиям разделения стружки по ширине
(S,).
Исходными данными являются размеры отверстия до протягивания и после него, материал заготовки, материал режущего и хвостового участков протяжки и допускаемые напряжения на разрыв ст, и ахв, а также данные об операции.
Принимаем начальное (минимальное) число зубьев в секции zc = 2 и максимальное - zc = 5 (рис. 14.9).
В блоках 4 и 5 определяется наибольший шаг черновых зубьев и максимальное число одновременно работающих зубьев
^шах — А) 1 •
Полученное значение округляется до целого числа.
В блоке 7 проводится проверка условия плавности работы протяжки. Если это условие не выполняется, то принимается АТт = ЛГ, =0,1 и расчет повторяется.
В блоках 8-10 определяется глубина профиля стружечной канавки и проводится проверка конструкции протяжки на жесткость.
В блоке 11 определяется диаметр опасного сечения по впадине первого зуба.
В блоках 12-15 определяются силы резания, допустимые прочностью протяжки по впадине первого зуба Рр; силы резания, допустимые
прочностью опасного сечения хвостовика Рхв, и силы резания, допустимые мощностью станка Р„.
Рис. 14.9. Алгоритм расчета оптимальной длины режущей части протяжки (в блоке 24 число зубьев в секции определяется: гс = гтах + 1) |
Лимитирующая сила Рлим определяется как минимальная из трех значений Рр, Рхв, Р„.
В блоке 16 рассчитывается длина режущих кромок зуба, участвующих в резании.
В блоках 17-19 определяется подача на зуб, допустимая силой резания Sz, выбираются по таблицам подачи на зуб, допустимые условиями разделения стружки по ширине 5В, и размещением стружки в канавке 5стр. Лимитирующая подача на зуб определяется как минимальная из трех значений S2, 5В и 5стр.
В блоке 20 определяется количество секций Nc, причем это значение округляют до большего целого числа.
В блоках 21 и 22 рассчитываются число режущих зубьев и длина режущей части. Затем число зубьев в секции принимается
и расчет повторяется.
Оптимальным будет принят тот вариант, при котором длина режущей части протяжки наименьшая.
Число рассматриваемых вариантов может быть увеличено за счет расширения диапазона изменений формы и размеров зубьев. Кроме того, за критерий оптимизации может быть принята не только длина режущего участка, но и другие параметры (подача на зуб, толщина спинки зуба и др.).
САПР спиральных сверл. Для обработки отверстий используются следующие типы сверл: спиральные, перовые, пушечные, ружейные, кольцевые и др. Каждый из этих типов сверл имеет свою область применения. Так, например, спиральные сверла применяются для обработки отверстий диаметром до 80 мм, причем длина отверстия не должна превышать 1 ОД где D - диаметр отверстия. Достигаемая при сверлении точность обработки отверстия соответствует 11... 14-му квалитетам.
Основные размеры спиральных сверл стандартизованы, например ГОСТ 885-77 оговаривает диаметры сверл, а в ГОСТ 10903-77 или ГОСТ 4010-77 приведены общие длины сверл, длины рабочих частей, хвостовиков и шеек.
Однако в реальных условиях не всегда удается выполнить рекомендации стандартов по тому или иному конструктивному параметру сверла, что связано с многообразием форм и конструкций обрабатываемых деталей (например, выбрать диаметр сверла из рекомендуемого ряда, если
Ввод-вывод и контроль исходных данных. При автоматизированном проектировании спиральных сверл в качестве исходных принимаются параметры, выявленные на начальном этапе разработки методики проектирования при вскрытии внешних связей. Причем, с одной стороны, для создания универсальной системы и получения оптимальной конструкции сверла необходимо стремиться к расширению числа учитываемых факторов, а с другой - с целью облегчения работы с системой следует уменьшать число вводимых параметров. Поэтому оптимальным является набор необходимых и достаточных (для заданных условий работы системы) параметров.
Исходными параметрами при автоматизированном проектировании спиральных сверл являются:
D - номинальный диаметр отверстия, мм;
НО - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм (с учетом знака);
ВО - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия, мм (с учетом знака);
/с - длина сверления;
КОМ - код обрабатываемого материала детали;
НК - наличие корки, окалины или альфированного слоя у титановых сплавов (НК = 1 при наличии корки, окалины, НК = 0 при их отсутствии);
ЖТС - жесткость технологической системы (ЖТС = 0 при пониженной жесткости, ЖТС = 1 при нормальной жесткости, ЖТС = 2 при повышенной жесткости);
v - скорость резания (v = 1 при обычной скорости, v = 2 при повышенной скорости);
СИЗГ - способ изготовления сверла (канавок) (фрезерованием - СИЗГ-1, прокатом -СИЗГ-2, вышлифовкой-СИЗГ-З, литьем-СИЗГ-4);
МП - масштаб производства обрабатываемой детали (МП-1 - единичное и мелкосерийное; МП-2 - среднесерийное, МП-3 - крупносерийное и массовое);
АО - автоматизация оборудования, на котором будет производиться сверление (АО-1 - обычные станки: универсальные, специальные и полуавтоматы, АО-2 - автоматы, автоматические линии, станки с ЧПУ);
КТС - код типа стружки;
пТ - количество точек торцового сечения сверла и др.
В качестве исходной выступает также условно-постоянная информация, к которой относятся: таблица по выбору инструментального материала и таблица коэффициентов и параметров, зависящих от обрабатываемого материала. Условно-постоянная информация должна храниться на магнитном диске (МД) и в нужный момент вызываться в ту или иную точку программы расчета сверла. Для контроля правильности введенных параметров и оформления документации по расчету сверла исходные данные выводятся на печать.
Поскольку программа расчета сверла имеет определенную область применения, ограниченную допустимыми значениями исходных данных (например, диаметр отверстия D не должен быть больше 80 мм, а длина сверления /с не должна превышать 10D), то необходима проверка исходных данных.
Назначение блока проверки исходных данных (блок 3) заключается в том, чтобы определить, принадлежат ли введенные данные области допустимых значений. Если все параметры введены правильно, то выполнение программы продолжается. В противном случае на монитор выдается диагностическое сообщение о необходимости проверки той или иной введенной величины, а выполнение программы приостанавливается до ее исправления.
Банк исходных данных по обрабатываемому материалу. Анализ внешних связей, т.е. действующих факторов, показывает, что многие геометрические и конструктивные элементы сверла зависят от материала обрабатываемых деталей. Это обусловливает необходимость считать в качестве первоочередной задачи разработку и формирование обширного банка исходных данных по обрабатываемому материалу. При этом исходят из того, что в литературе нет формализованных зависимостей в виде математических формул, устанавливающих связь между свойствами обрабатываемого материала и значениями геометрических параметров сверл. Поэтому в настоящее время эти связи даются в форме табличных рекомендаций, позволяющих задавать значения геометрических параметров для обработки деталей из различных материалов.
На основе имеющихся в литературе данных нельзя установить достаточно точное соответствие между значениями угла 2ф и параметрами, характеризующими физико-механические свойства обрабатываемого материала, так как очень часто эти соответствия приводятся для довольно широкого диапазона значений параметров. Так, например, для обработки мягкой и никелевой стали (3,5 % Ni) в широком диапазоне твердости (< 32 НЯСэ) угол при вершине сверла рекомендуется брать 2ф = 118°.
Если исключить из рассмотрения резко выделяющиеся параметры, как этого требуют статистические методы обработки экспериментальных данных, то количества информационных материалов недостаточно для получения функциональных зависимостей в виде аналитических выражений.
Аналогичная ситуация сложилась и с зависимостью заднего угла и угла наклона винтовых канавок от обрабатываемого материала и других параметров.
Из изложенного следует, что установить точно детерминированные функциональные связи геометрических параметров с обрабатываемым материалом в виде аналитических зависимостей не представляется возможным. Поэтому формализацию этих связей целесообразно выполнять на основе разработки информационного массива данных по обрабатываемым материалам в виде многоранговой матрицы. Матрица состоит из
I строк и К столбцов. Число строк определяется количеством соответствующих этим материалам различных параметров и характеристик. Эта матрица - таблица взаимно-однозначного соответствия - должна содержать в себе не только информацию о назначении геометрических параметров сверл, но и определение других параметров, например, характеризующих физико-механические свойства обрабатываемого материала, которые требуются для всей системы проектирования сверл.
При формировании общей структуры матрицы необходимо предусматривать возможность ее последующего постоянного пополнения как в части расширения количества обрабатываемых материалов, так и в части накопления другой информации, необходимой для проектирования специальных конструкций сверл. Построение САПР сверла, работающей в диалоговом режиме, позволяет, таким образом, развивать и накапливать банк исходных данных по обрабатываемым материалам.
С учетом сказанного составляется карта выбора оптимальной марки инструментального материала по форме табл. 14.1. Заполнение этой таблицы производится на основании справочных материалов, нормалей, данных заводов и экспериментальных данных.
Число марок обрабатываемых материалов лежит в пределах от 10 до 200. Если карты выбора составляются для конкретного предприятия (отрасли), то и число марок следует ограничить с учетом потребностей данного предприятия (отрасли). Применение марки инструментальной стали для обработки материалов различных видов оценивается по шестибальной системе: А, 1, 2, 3, 4 и 5. Индексу А присваивается число баллов -60 (А = -60) и его наличие указывает на неприменяемость инструментальной стали для обработки данного материала детали.
14.1. Данные для составления карты выбора оптимальной марки инструментального материала
Параметр | Обозначение | Число вариантов | Баллы |
Обрабатываемый материал | КОМ | 10...200 | А, 1...5 |
Скорость резания | СР | 1...5 | |
Серийность производства | СП | 1...4 | |
Способ изготовления инструмента | СИЗГ | 1...3 | |
Диаметр инструмента | Д | 1...3 | |
Наличие марки | НК | 1...3 | |
Жесткость станка | СЖ | 1...3 | |
Автоматизация оборудования | АО | 1...3 | |
Наличие инструментального материала | к. | 0,1 |
Число вариантов по скорости резания (СР) принято 2 - нормальная и повышенная скорости резания с оценкой в баллах от 1 до 5.
Серийность производства предполагает три варианта - единичное, серийное и массовое с оценкой в баллах от 1 до 4.
Изготовление инструмента возможно четырьмя способами: фрезерованием канавок (зубьев); прокаткой (накатыванием); прессованием; литьем с оценкой от 1 до 3 баллов.
Жесткость станка принята нормальной, повышенной и высокой с оценкой от 1 до 3 баллов.
Автоматизация оборудования предусматривается в двух вариантах - автоматизированное оборудование и неавтоматизированное оборудование с оценкой от 1 до 3 балов.
Наличие инструментального материала на предприятии определяется коэффициентом К„. Если К„ = 0, то марка не печатается и сумма баллов для нее не подсчитывается.
Пример определения марки инструментальной стали по карте выбора: КОМ - 1; СР - нормальная; СП - серийное; СИЗГ - фрезерование; Д = 10; НК - нет; СЖ - повышенная жесткость; АО - неавтоматизированное, К„= 1.
14.2. Компоновка БД по материалам
|
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 23 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
