И средства моделирования операционных заготовок деталей
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ"На правах рукописи
Шувал-Сергеев Н.А.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ Специальность 05.11.14 – Технология приборостроения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2010 2
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Куликов Дмитрий Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сироткин Яков Аронович кандидат технических наук Свердлин Виктор Станиславович
Ведущая организация: ОАО «Техприбор» 196084, Россия, Санкт-Петербург, Варшавская ул., 5а
Защита состоится «22» июня 2010 г. в 15:30 часов на заседании диссертационного совета Д.212.227.04 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики
Автореферат разослан «_» мая 2010 г.
Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять по адресу университета:
197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, секретарю диссертационного совета
Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.227. кандидат технических наук, доцент Киселев С. С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Развитие любого производства, особенно в области приборостроения в современных условиях, – это постоянное совершенствование и усложнение инженерно-технических проектов, программ и комплексов по разработке новой продукции, а также увеличение наукоемкости изделий. Основой практически любой системы технологической подготовки производства (ТПП) на предприятии является CAD/CAM (Computer-Aided Design/ Computer-Aided Manufacturing) программный пакет, предназначенный для проектирования (разработки) объектов производства, а также оформления конструкторской и/или технологической документации.
При проектировании технологических процессов (ТП) механообработки важной задачей является разработка операционных эскизов. С помощью эскизов фиксируются форма и параметры операционной заготовки (ОЗ), получаемой на операции, включая выдерживаемые размеры, качество обрабатываемых на операции поверхностей, технологические базы т. д. Проектирование операционных заготовок является весьма трудоемкой задачей, особенно для сложных деталей. При оптимизации технологических процессов приходится просматривать десятки вариантов обработки заготовок и выбирать лучший по стоимости вариант процесса. Применение станков с ЧПУ требует во многих случаях использования 3D моделей операционных заготовок.
Современный подход к конструированию изделий основан на создании электронной модели, в которой само изделие, его сборочные единицы и детали выражены в виде 3D моделей. Поэтому актуальной задачей является разработка методик применения 3D моделей деталей для создания 3D моделей операционных заготовок. В этом случае получение 2D модели заготовки для создания карты с операционным эскизом является тривиальной задачей преобразования 3D 2D, достаточно просто решаемой во всех CAD системах. Объемная модель заготовки обладает большой наглядностью и позволяет рассматривать объект в любых ракурсах и разрезах.
При проектировании операционных заготовок необходимо выполнить простановку операционных размеров (ОР), рассчитать их номинал и точность. Существующие системы автоматического расчета ОР обладают целым рядом недостатков, главным из которых, помимо большой трудоемкости ввода исходных данных, является необходимость составления предварительных операционных эскизов для всех операций, без которых не возможен расчет номинала и точности ОР. Поэтому следующей актуальной задачей является создание методов и средств, позволяющих усовершенствовать существующие способы расчета операционных размеров.
Информация, содержащаяся в карте с операционным эскизом, используется при оформлении технологических карт. Однако, в настоящий момент отсутствуют эффективные методы и средства для распознавания графических образов с ОЗ для последующей передачи найденной информации в технологические документы. Поэтому актуальной задачей является разработка методов и средств интеграции САПР технологических процессов с системами, применяемыми для формирования операционных заготовок.
Данная работа посвящена исследованиям по разработке методов и средств решения комплекса указанных актуальных задач.
Целями работы являются:
Исследование и разработка методики формирования операционных заготовок, основанной на создании трехмерных моделей операционных заготовок с автоматизированным расчетом операционных размеров, обеспечивающих выдерживание конструкторских размеров.
Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие задачи исследования:
- рассмотрены и проанализированы особенности проектирования операционных заготовок в CAD/CAM-системах;
- проанализированы существующие методы и средства расчета операционных размеров;
- разработана методика проектирования операционных заготовок с учетом особенностей современных CAD-систем;
- разработана методика параметрического описания деталей;
- проанализированы особенности системы CATIA V5 с целью изучения ее возможностей для автоматизирования расчета операционных размеров;
- разработаны методы и средства автоматизации расчета операционных размеров с учетом специфики CAD-системы CATIA V5.
Предмет исследования. Построение операционных заготовок и операционных эскизов при проектировании технологических процессов.
Объект исследования. Методы и средства проектирования операционных заготовок в CAD/CAM- системах.
Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решаются с использованием методов теории алгоритмов, методов анализа сложных систем, теории графов, теории информационных систем, теории множеств, системного анализа, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна:
- разработана методика проектирования операционных заготовок в среде основанная на методе обратного проектирования CAD-систем, технологических процессов и методе добавляемых тел;
- предложена методика автоматизированного составления размерных цепей на базе пооперационного анализа моделей заготовок;
- разработана методика расчета точности операционных размеров на основе моделирования квазифизической обработки заготовки в среде CATIA V5.
Практическая значимость исследования:
- на базе предложенных методик разработана инженерная методика проектирования 3D-моделей операционных заготовок с автоматизированным расчетом операционных размеров, что позволяет сократить время и стоимость проектирования технологических процессов.
- создана система для автоматического расчета операционных размеров.
- разработан модуль расчета операционных размеров, встроенный CAD – систему CATIA V5.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- методика проектирования операционных заготовок в среде CAD-систем;
- методика автоматизированного расчета операционных размеров заготовок в среде CAD-систем;
- методика интеграции разработанной автоматизированной системы расчета операционных размеров и САПР ТП.
Апробация работы.
Разработанные методики и средства прошли апробацию в компании «Би Питрон», занимающейся автоматизацией технологической подготовкой производства и в компании ООО «Смарт Технолоджис». Результаты работы докладывались и обсуждались на V всероссийской межвузовской конференции молодых ученых в 2008 г., пятой международной научно практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» в 2008 г., XXXVII научной учебно методической конференции СПбГУ ИТМО в 2009 г., VI всероссийской межвузовской конференции молодых ученых в 2009 г., девятой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики механизмов» в 2009 г., XXXIV научной учебно методической конференции СПбГУ ИТМО в 2010 г., VII всероссийской межвузовской конференции молодых ученых в 2010 г. Методическое пособие по проектированию операционных заготовок и расчету размерных цепей в среде CATIA апробировано в учебном процессе кафедры технологии приборостроения СПбГУ ИТМО - в курсовом и дипломном проектировании для бакалавров и магистров по направлению подготовки «Приборостроение» (3 магистерские программы).
Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, в том числе 1 работа в журнале из перечня ВАК. Кроме того, опубликовано методическое пособие по проектированию операционных заготовок и расчету размерных цепей.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований, 2 приложений. Работа содержит страниц машинописного текста, 31 рисунок, 23 таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе диссертации проведен анализ существующих CAD/CAM-систем, обоснован оптимальный формат обмена данными, а также описан разработанный метод проектирования. Выбор системы проектирования должен основываться не только на ее возможностях и стоимости, также должны учитываться техническая поддержка этой системы разработчиком, перспективы развития в дальнейшем и выход новых версий, а также ее гибкость, т.е. возможность так называемой тонкой настройки.
Поэтому при выборе нужно обращать внимание на продукцию крупных компаний по разработке программного обеспечения, зарекомендовавшие себя на рынке современных систем автоматизации ТПП.
Вместе с тем на предприятиях существуют различные узкоспециализированные системы автоматизированного проектирования, существование которых практически невозможно без взаимодействия с основной CAD/CAM-системой разработки. Взаимодействие различных систем заключается в обмене информацией между ними, поэтому становится необходимым обеспечение удобного и универсального интерфейса этого обмена. Основная проблема при передаче информации от одной системы к другой состоит в распознавании графического образа объекта и выделении информации необходимой для САПР ТП. В случае проектирования операционных заготовок одним из способов кодирования является параметрическое моделирование – структурированное описание параметров модели детали. Исследования, проведенные такими учеными как Г. К.
Горанским, Э. И. Бендеровой, А. С. Старцем, Д. Д. Куликовым, В. Д.
Цветковым определяют основные направления в данной области. Однако, попытки применения разработанных ими систем не всегда приводят к успеху, поскольку они в большинстве случаев не учитывают возможности современных САПР ТП. Исходя из вышесказанного, становится понятным, что на сегодняшний момент актуальной задачей является создание методики параметрического моделирования, позволяющей интегрировать современные системы проектирования техпроцессов Поскольку, во многих случаях в ТПП применяют системы, разработанные сторонними организациями, поэтому важную роль играет формат обмена данными между системами. Проведенные исследования наиболее распространенных стандартов обмена данными, таких как IGES, STEP и XML показали целесообразность применения языка XML в процессе информационной поддержки жизненного цикла изделий.
Также отмечается, что при проектировании операционных заготовок большое значение имеет метод проектирования. В связи с этим в рамках диссертации был использован метод «добавляемых тел», предложенный в свое время Е. И. Яблочниковым. На базе этого метода в ходе диссертационного исследования разработана методика проектирования ОЗ, основанная на двухэтапном обратном способе проектирования технологических процессов и способная в значительной степени сократить время на ТПП, в особенности в случае создания сложной формы ОЗ, где требуется большое количество расчетов операционных размеров. Общая схема этого метода проектирования с использованием CAD-систем представлена на рис.1.
Рис. 1. Схема проектирования операционных заготовок с использованием CAD систем.
где:
- MD – компьютерная 3D-модель исходной детали;
- MZiвых – компьютерная 3D-модель выходной заготовки для i-той операции;
- MZiвх – компьютерная 3D-модель входной заготовки для i-той операции;
- MDTi – добавляемые тела для i-той операции;
- ПЭi – предварительный операционный эскиз для i-той операции;
- Эi – окончательный операционный эскиз для i-той операции;
Во второй главе разработана методика параметрического моделирования деталей. Деталь представляет собой систему, имеющую общие характеристики и состоящую из множества элементов, связи между которыми объединяют их для выполнения основного функционального назначения детали. Элементы, в свою очередь, могут быть рассмотрены как отдельные подсистемы. Таким образом, деталь представляет собой иерархическую систему с различными уровнями ее описания.
Модель детали определяется системой фреймов, причем каждый отдельный фрейм - элемент структуры детали. Отношения между фреймами являются отношением «целое - часть» (PART-OF). Фрейм состоит из слотов.
Слоты фрейма содержат:
- параметры элемента структуры;
- ссылки на дочерний фрейм;
- ссылки на присоединенные процедуры.
При описании деталей используют так называемый «конструктивный» подход. Смысл его заключается в том, что деталь разделяется на пространственные образы, информация о которых заносится в таблицу кодированных сведений и образует вместе с информацией о связях между образами формальное описание детали. В качестве пространственных образов могут выступать наружные и внутренние поверхности детали, их типовые сочетания, а также пространственные тела, из которых состоит деталь. Далее в главе описывается методика параметрического моделирования, её структура и способы построения модели.
В соответствии с принципами фреймового описания объектов модель детали выражается в виде иерархической сети фреймов как показано на рис. Рис. 2. Иерархическая сеть фреймов.
Каждый слот фрейма содержит информацию об одном параметре, включая местоположение слота во фреймовой структуре и атрибуты параметра, необходимые для правильного вывода информации о нем.
Внутреннее описание параметрической модели детали выражено как XML – документ. XML – формат удобен для обмена информации между подсистемами ТПП и для него разработано много способов обработки XML – файлов (поиск, фильтрация и преобразование данных).
Рис. 3. Вывод информации о фрейме «Заготовка» На основе предложенного подхода разработана система сопровождения и хранения параметрических моделей деталей. На рис.3 приведен вывод фрейма с описанием исходной заготовки для заданной детали. Количество параметров, приведенных в таблице, является избыточным. Однако оно позволяет фиксировать все возможные варианты задания заготовок, которые могут встретиться в чертеже детали. Кроме того, в таблицу могут быть занесены результаты расчета заготовки, выполненные внешней программой.
В виду того, что для разных задач требуется различный уровень дискретизации при описании деталей, в системе предусмотрена возможность поэтапного описания деталей с любой степенью детализации на каждом этапе.
В третьей главе предложена методика проектирования технологических процессов. Данная методика основана на двухэтапном обратном способе проектировании технологических процессов, совмещенным с проектированием операционных заготовок и расчетом операционных размеров (ОР). Согласно данной методике проектирование производится в два этапа (рис. 4).
Проектирование технологического процесса (первый этап) заключается в проектировании маршрута обработки детали. Для каждой операции назначается оборудование и с помощью CAD–системы выполняется проектирование модели операционной заготовки, на которой проставляются базы и технологические размеры. После того, как выполнен первый этап, по всем операциям осуществляется расчет ОР внешней программой, при этом используется система расчета припусков. Если при расчете ОР имеют место ошибки, то определяется характер возможных исправлений. Для некоторых операций выполняется новая простановка баз и операционных размеров с последующим повторным расчетом ОР. Если расчеты ОР выполнены успешно, то на втором этапе последовательно выполняется полное проектирование каждой операции и разработка операционных эскизов.
Рис. 4. Схема проектирования ТП где:
БЗ – база знаний;
ЭА – электронный архив;
САПР ОР - Система Автоматизированного Проектирования Операционных Размеров.
Стратегия расчета ОР по указанной выше схеме является стратегией «сначала вглубь, а затем вширь». Количество вариантов базирования и возможных простановок ОР даже для деталей с простой технологией может достигать нескольких десятков, поэтому для сокращения количества просчитываемых вариантов целесообразно применить стратегию «сначала вширь, а затем вглубь», позволяющую на локальных уровнях выполнять оценку промежуточных решений, выбирать наиболее рациональный по какому-либо критерию вариант и переходить к следующему уровню.
На основании этой стратегии расчета было сформулировано предположение о том, если процесс проектирования ТП ведется от последней операции к первой, то для расчета технологических размеров, выдерживаемых на заданной операции, возможно использовать ОР, полученные на операциях, которые следуют за заданной. При этом, не все ОР можно просчитать, т. к. некоторые ОР зависят от операционных размеров тех операций, которые предшествуют заданной. Однако возможность раннего обнаружения ошибок делают указанное выше предположение целесообразным. При возникновении ошибок проводится анализ уже спроектированных операций и выполняется доработка некоторых операций:
меняются базы и простановка операционных размеров. Далее снова повторяют расчет ОР для операции, на которой остановилось проектирование технологического процесса. Такие итерационные возвраты выполняют до тех пор, пока не получится положительный результат при расчете ОР. После этого начинают проектирование предшествующей операции. Предполагается, что модифицированная методика расчета ОР позволяет вовремя обнаружить ошибку, не проектируя операции, предшествующих заданной, и, тем самым, существенно сократить время проектирования технологического процесса. Экспериментальная проверка подтвердила правильность указанного предположения.
Автоматизированный расчет операционных размеров основан на составлении графа замыкающих размеров (дуги графа - конструкторские размеры и припуски) и графа составляющих размеров (дуги - операционные размеры). С помощью этих графов, используя достаточно сложные алгоритмы, составляется система линейных уравнений. Каждое уравнение представляет собой размерную цепь. Левая часть уравнения - это конструкторский размер или припуск, а правая часть – это операционные размеры, входящие в цепь. Решение системы уравнений позволяет определить номинальное значение каждого операционного размера и выполнить проверку получаемой точности конструкторского размера.
Для оценки вариантов базирования и простановки ОР для j-ой операции предложен локальный коэффициент оптимизации размерных цепей:
nj n ji i = K опт,j = m jk + 2l jn ;
где mjk, - количество конструкторских размеров;
ljп - количество снимаемых припусков;
nji - количество членов в левой части i- го уравнения размерной цепи для j-й операции.
nj – количество уравнений для j-й операции.
Оптимальным считается вариант базирования, с наименьшим коэффициентом оптимизации, что свидетельствует о том, что в данном варианте используются наиболее короткие размерные цепи и в максимальной степени используется принцип совпадения конструкторских и технологических баз.
Для оценки возможности снижения стоимости механической обработки заготовки был введен коэффициент запаса kзап для каждого конструкторского размера, который определяется по следующей формуле:
s T kзап,n = T,n - n,i i = где:
kзап,n - запас по точности для n - го конструкторского размера;
T,n - поле допуска для n - го конструкторского размера;
Tn,i - поле допуска i –го составляющего звена (операционного размера) размерной цепи для n - го конструкторского размера;
s – количество составляющих звеньев в размерной цепи для n - го конструкторского размера.
В случае, если коэффициент запаса kзап,n 0, то возможно увеличение полей допусков одного из технологических размеров входящих в цепь, тем самым уменьшая точность и, соответственно, стоимость обработки.
Для автоматизированного расчета операционных размеров была разработана система "ТИС-Цепь", вид интерфейса которой представлен рис.5. На основании входных данных система составляет уравнения размерных цепей. Результаты расчета цепей заносятся в таблицы.
Процесс эксплуатации данной системы выявил следующие основные недостатки:
- достаточно трудоемкий ручной ввод значений операционных размеров;
- необходимость создания предварительного операционного эскиза, на котором указана простановка операционных размеров и их обозначения.
- возможность расчета ОР появляется только после назначения баз и простановки размеров по всем операциям;
- успешное завершение расчетов ОР обычно получается только после просчета нескольких вариантов простановки баз и операционных размеров, что влечет за собой перепроектирование операционных заготовок;
- нет интеграции с CAD-системой: необходимо постоянно обращаться к CAD-системе для получения данных.
Рис. 5. Интерфейс системы «ТИС-Цепь» Аналогичные недостатки встречаются и в других подобных системах, поэтому была поставлена задача разработки нового, более совершенного программного продукта. Решение этой задачи рассмотрено в 4 главе работы.
Четвертая глава посвящена разработанной в результате диссертационного исследования системе автоматизации расчета операционных размеров, интегрированной с CAD-системой.
В качестве платформы для создания системы автоматизации была выбрана CAD – система высокого уровня CATIA V5, имеющая широкие функциональные возможности. Из большого количества достоинств, присущих этой системе, наиболее важным, в данном случае, является открытость архитектуры, позволяющая включать в систему собственные наработки, программы и функции, необходимые для расширения возможностей специализированных модулей. В качестве языка программирования для модуля расчета ОР был выбран встроенный язык который обладает достаточными функциональными CATscript, возможностями для создания требуемого приложения. Возможность добавления информации непосредственно на твердотельную модель появилась благодаря встроенному в CATIA V5 средству под названием FTA (3D Functional Tolerancing and Annotations), которое позволяет легко и в удобной форме готовить вспомогательную информацию, необходимую для процесса совместной разработки и производства изделия.
Эксперименты по проектированию операционных заготовок в среде CATIA V5 показали следующее:
- наглядность и возможность просмотра моделей операционных заготовок в любых ракурсах и разрезах;
- наличие в CATIA V5 удобных способов ввода исходной информации;
- достаточно удобное создание формы операционных заготовок с помощью добавляемых тел;
- удобство программирования на CATscript.
Обеспечение удобного ввода в программу информации о размерах является достаточно важным моментом при проектировании, поскольку от этого зависит основное время, затрачиваемое на расчет цепей. Применение ручного ввода символьных данных приводит к дополнительным временным затратам, и кроме того, не гарантируют защиты от ошибок при вводе.
Наличие же неправильно введенного размера на раннем этапе может привести к серьезным потерям времени на поиск и вторичный пересчет всех составляющих размерных цепей.
Рис. 6. Пример 3D-аннотации.
Для решения задачи избавления от ошибок ввода данных было принято решение использования 3D-аннотаций, которые позволяют наглядно и без дополнительных действий передать основную часть информации. 3D аннотация представляет собой техническую информацию, которая располагается прямо на 3D-модели объекта проектирования (рис. 6).
Применение аннотаций позволяет считывать номинальную величину операционного размера прямо из 3D-модели операционной заготовки, без расчета системы линейных уравнений, как это делается в системе «ТИС Цепь». Последующая простановка с помощью аннотаций экономически допустимой точности операционных размеров делает весьма простой задачу получения операционных эскизов (получение 2D модели заготовки) с помощью соответствующих операций CATIA V5.
Были экспериментально проверены различные способы создания добавляемых тел. Прямое хранение элементов добавляемых тел в дереве изделия слишком сильно его усложняло. Применение ассоциированных файлов с добавляемыми телами на порядок увеличивало объем хранимой информации о заготовках и резко замедляло вывод информации на экран монитора. Наилучшим вариантом оказалось хранение добавляемых тел в виде сборок. Манипулирование видимостью этих сборок позволяет имитировать на экране монитора процесс обработки, начиная от исходной заготовки и кончая готовой деталью. Такой подход оказался весьма привлекательным для технологов.
На следующем этапе исследований, с помощью встроенного языка CATscript был разработан модуль, реализующий достаточно сложный алгоритм составления размерных цепей, взятый из системы «ТИС-Цепь».
Алгоритм был изменен для реализации модифицированной методики расчета, основанной на составлении цепей учитывающих только данную операцию и все операции следующие за ней.
Для предоставления возможности дальнейшего использования полученных данных в других САПР ТП в программе реализовано сохранение полученного результата расчета во внешнем файле на жестком диске.
Интерфейс программы (рис. 7) сделан максимально интуитивно-понятным для более удобной навигации и быстрого освоения пользователем возможностей программы. Указанные преимущества системы дают возможность значительно сократить время и стоимость проектирования операционных заготовок.
Рис. 7. Интерфейс программы расчета ОР.
Недостатком системы является необходимость ввода номеров границ, между которыми находятся вводимые в систему размеры. Для ускорения процесса ввода и упрощения алгоритма расчета была разработана новая методика расчета, которая исключает необходимость решения системы линейных уравнений, поскольку номинальное значение операционных размеров получается путем прямого считывания размера из модели заготовки Эта методика основана на приеме, получившим название «квазифизическое моделирование процесса обработки». В основе приема лежит положение о том, что изменение одних размеров может повлечь за собой изменение других размеров из-за ассоциативных связей элементов 3D модели. Изменим операционный размер на величину его экономически допустимого поля допуска. Таким образом мы имитируем процесс обработки, считая, что при квазиобработке выдерживается предельное значение операционного размера.
После этого последовательно обходя конструкторские размеры, отмечаем какие размеры изменились и в какую сторону (уменьшились или увеличились). Если конструкторский размер изменился, то это означает, что в его размерную цепь входит измененный операционный размер. Если эту процедуру провести по всем операционным размерам, то можно составить комплекс размерных цепей и определить коэффициент запаса для каждого конструкторского размера. При этом надо учитывать, что не все размерные цепи будут полными, так как некоторые конструкторские размеры зависят от операционных размеров, выдерживаемых на предшествующих операциях.
Однако возможность раннего обнаружения ошибок и просчет разных вариантов простановки технологических баз делают использование указанного подхода целесообразным. Разработанный модуль для каждой модели операционной заготовки выполняет сканирование технологических и конструкторских размеров и вычисляет коэффициенты запаса.
Экспериментальная проверка модуля показала, что его применение позволяет на 20-30% сократить число просчитываемых вариантов операционных заготовок и сократить общее время проектирования технологических процессов.
Использование квазифизического моделирования процесса обработки отрывает путь для расчета плоских и пространственных размерных цепей, так как не имеет ограничений, свойственным прежним методикам расчета операционных размеров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе проведен ряд научных исследований и разработок, позволяющих в значительной степени ускорить и упростить процесс проектирования операционных заготовок.
Основные результаты диссертационной работы:
1. Проведенный анализ форматов обмена данными между различными САПР показывает перспективность и целесообразность использования языка XML для обеспечения обмена информацией между разнородными подсистемами ТПП.
2. Разработана методика параметрического моделирования деталей, в основу которой положен принцип фреймового описания деталей.
3. Разработана методика проектирования операционных заготовок в среде CAD-систем, основанная на методе обратного проектирования технологических процессов и методе добавляемых тел. Применение этой методики позволяет при возникновении ошибок во время проектирования операции не производить перерасчет предшествующих операций до получения положительных результатов, что позволяет существенно экономить время при проектировании операционных заготовок.
4. Предложены коэффициенты оптимизации для выбора варианта с наиболее короткими размерными цепями, а также коэффициент запаса, который используется для определения возможности оптимизации заданной операции.
5. Предложена методика квазифизического моделирования процесса обработки заготовок, позволяющая сократить время проектирования ОЗ;
6. Разработаны две системы расчета операционных размеров:
а) автономная универсальная система, которую можно применить при проектировании любых процессов механической обработки заготовок;
б) модуль, встроенный в CAD-систему CATIA V5, позволяющий ускорить процесс проектирования операционных заготовок за счет применения для расчетов таких методов как квазифизическое моделирование процесса обработки и метод составления размерных цепей.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В изданиях из перечня ВАК 1. Шувал-Сергеев Н.А. Интеграция конструкторских и технологических САПР на основе формата 3DXML// Науч.-технич. вестн. СПбГУ ИТМО. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. Т 48. С. 113–118.
Другие публикации 2. Шувал-Сергеев Н.А. Использование формата XML для задания параметрической модели детали// Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 12:
Сборник трудов Пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 28-30.04.2008, Санкт-Петербург, Россия/ под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. С. 136-139.
3. Шувал-Сергеев Н.А. Применение формата 3DXML в конструкторских и технологических САПР// Материалы V всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. Т 33. С.
262.
4. Шувал-Сергеев Н.А. Методика формирования операционных эскизов.// Материалы VI всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. Т 33. С. 269–275.
5. Куликов Д.Д., Гусельников В.С., Бабанин В.С., Шувал-Сергеев Н.А.
Проектирование операционных заготовок в среде CAD-систем // Методическое пособие, - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. -66 с.
6. Шувал-Сергеев Н.А. Методика расчета операционных размеров на основе 3D-модели заготовки.// Материалы VII всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010.