Материал: Тезисы региональной научно-технической конференции. Федорков Е.Д., Чекменев А.Н

Воронежский государственный технический университет

Подсистема автоматизированного конструкторского проектирования режущего и вспомогательного инструмента для многоцелевой фрезерной обработки

В.А. Петренко, А.С. Левченко, Р.С. Лопатин

Интенсивное развитие САПР в машиностроении привело к широкому применению трехмерного моделирования. В последние годы наметился переход от создания и использования 2D САПР к системам автоматизированного трехмерного проектирования. Разработку САПР в 3D целесообразно осуществлять на базе готовых систем трехмерного моделирования. На данный момент времени на рынке представлено множество подобных систем. Наиболее удобными для создания САПР трехмерных моделей деталей можно назвать следующие системы: SolidWorks, AutoCad, Компас. В качестве базовой системы трехмерного моделирования была выбрана система Компас-3D 5.11.

В качестве технологии разработки была выбрана технология Automation, что более удобно, чем использование COM-интерфейсов. Для реализации библиотеки построения трехмерных моделей был выбран язык Borland Delphi 6.0. Данный выбор обусловлен удобством работы и широкой распространенностью языка, ориентированностью языка на решение подобных задач.

Исходя из входных данных, которые могут быть заданы в виде текстовой информации, библиотека должна выстраивать трехмерные модели деталей. Построение основывается на методах и алгоритмах заданных в программном коде библиотеки. Универсальность средств разработки позволяет создать библиотеку, рассчитанную на решение практически любых задач трехмерного моделирования. Возможна реализация, как отдельных трехмерных моделей деталей, так и автоматизированных сборок, а также различные расчеты деталей и узлов.

Для того чтобы добиться информационной согласованности необходимо изначально при проектировании режущего и вспомогательного инструмента определить глобальные переменные, которые будут определять некоторые элементы формы. Поскольку корпус фрезы будет сопрягаться с корпусом оправки, то, очевидно, что обе детали имеют одинаковые размеры в местах сопряжения. Остается проанализировать и определить какие геометрические характеристики должны численно совпадать, для того чтобы правильно собрать узел. Рассмотрим эскизы корпуса фрезы и оправки.

Рисунок 1 – Эскиз корпуса фрезы

Рисунок 2 – Эскиз корпуса оправки

Из представленных эскизов видно, что для того чтобы получить комплексную сборку нужно согласовать следующие геометрические параметры деталей: Dm – диаметр внутренний для фрезы и диаметр крепежной части для оправки; Luop – высота уступа под оправку; Lvin – длина для винта (средний уступ); Sp – ширина паза для фрезы и ширина шпонки Gp – глубина паза.

При помощи этих глобальных переменных можно добиться внутренней совместимости и функциональной взаимосвязи при комплексной сборке отдельно взятых сборочных единиц – фрезы и оправки.

Функциональная схема подсистемы режущего и вспомогательного инструмента представлена в графической части дипломного проекта.

Реализация интегрированной подсистемы

Под модулем понимается генерируемая или библиотечная программа либо ее часть, способная входить в сочетания с другими модулями как самостоятельный элемент.

Построение подсистемы по модульному принципу имеет ряд преимуществ:

• о

  Библиотека (модуль)

  проектирования торцовых фрез

  тносительная самостоятельность модулей позволяет параллельно программировать и отлаживать несколько модулей;

• при более детальном расчленении можно сэкономить время трансляции;

• в расчлененном виде сложные логические связи более наглядны;

• проблемная направленность модулей позволяет использовать соответствующие коллективы специалистов для их разработки;

• изменение и совершенствование отдельных модулей (в случае их большой численности) не влияют на работоспособность подсистемы.

Объектами интеграции изначально являются две библиотеки, то есть два модуля, первый отвечает за проектирование одного из трех типов фрез, а второй за проектирование одного из трех типов оправок. Пусть первый модуль является главным – то есть он отвечает за передачу необходимых геометрических параметров в тело второго модуля. Если, например некоторые геометрические параметры не вводятся пользователем, такие как ширина и глубина паза, то они рассчитываются в одной из процедур первого модуля и затем через глобальные переменные передаются во второй модуль.

Библиотека (модуль)

проектирования оправок для торцовых фрез

Рисунок 3 – Организация взаимосвязи между модулями

Совершенно справедлива и обратная связь. То есть можно за главный принять модуль проектирования оправок и передавать данные в модуль проектирования фрез.

Для того чтобы организовать связь между формами модулей на первом создадим при помощи компонента Button – кнопку, по нажатию на которую будет открываться диалоговое окно проектирования оправок, а интерфейс проектирования фрез будет закрываться. Свойству Caption кнопки присвоим значение – Проектирование вспомогательного инструмента (см. рисунок 4).

Рисунок 4 – Диалоговое окно проектирования режущего инструмента

Проведем аналогичные действия и на второй форме. По нажатию на кнопку будет открываться диалоговое окно проектирования фрез, а исходное закрываться. Свойству Caption кнопки присвоим значение – Проектирование режущего инструмента (см. рисунок 5).

Таким образом, можно перемещаться с одной формы на другую путем попеременного нажатия на соответствующую кнопку.

Рисунок 5 – Диалоговое окно проектирования вспомогательного инструмента

Важно заметить, что организация глобальных переменных реализована следующим образом: один из эффективных способов организации глобальных переменных - создать отдельный Unit и в Interface-части объявить все необходимые переменные (и, естесственно, константы ежели таковые имеются). Если теперь в других модулях записать этот Unit в uses раздел, то все глобальные переменные можно использовать в рамках целого проекта.

Таким образом, получим модуль обмена данными, который запишем в разделе uses каждого из интегрируемых модулей. Тем самым связь между модулями можно считать организованной. Теперь каждый модуль будет видеть глобальные переменные, которые осуществляют связь между геометрическими параметрами форм фрезы и оправки.

Итак, при работе каждый модуль в составе интегрированной подсистемы автоматизированного проектирования режущего и вспомогательного инструмента выдает результат:

• 3D модель сборки торцовой фрезы;

• 3D модель сборки оправки для торцовых фрез.

Для того чтобы получить их комплексную сборку создадим при помощи компонента Button на форме Проектирования оправок еще одну кнопку, свойству Caption присвоим значение Комплексная сборка. По нажатию на эту кнопку будет определена процедура комплексной сборки, то есть взаимного расположения в пространстве друг относительно друга торцовой фрезы и оправки.

Результатом работы подсистемы являются графическое представление трехмерных моделей всех сборочных единиц, из которых состоят фрезы, а также сборки торцовых фрез. Подсистема обеспечивает многовариантное автоматизированное построение трех различных видов фрез в зависимости от выбранного вида обработки. Все выходные данные: файлы деталей и сборок можно использовать для визуализации, 2D проектирования, а также для использования в дальнейшем подсистемой автоматизированного проектирования оправок для торцовых фрез, с которой осуществлялась интеграция. При интеграции подсистем были найдены и определены взаимосвязи, общие функции, глобальные переменные. В результате получена комплексная сборка режущего и вспомогательного инструмента.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

Метрологическое обеспечение гибкой производственной системы. Контрольно-измерительная машина “opton

П.В. Титов, Р.С. Лопатин

Внешний и внутренний контроль качества организации и выполнения калибровочных работ проводится для оценки состояния и качества калибровки СИ и на основе выявленных недостатков разработки и осуществления мероприятий по повышению качества организации и выполнения калибровки СИ.

Внутренний контроль осуществляют:

- начальники лабораторий (групп) по видам измерений в своих лабораториях (группах);

- специалисты МС из состава сектора метрологического контроля, бюро измерительных приборов (БИП) и других специалистов по распоряжению и в сроки, установленные главным метрологом;

- комиссия, ежегодно назначаемая приказом руководителя предприятия из числа работников метрологической службы, отдела качества и технического контроля (ОК ТК) и представительства заказчика.

Начальники калибровочных лабораторий (групп) в начале рабочей смены выдают работникам лаборатории (группы), проводящим калибровку СИ, сменные задания на калибровку. В конце каждой смены проводят проверку выполнения и качество выполнения калибровки СИ.

Результаты проверки качества калибровки СИ отражаются в журнале выдачи сменных заданий.

По распоряжению главного метролога в каждой калибровочной лаборатории (группе) периодически проводится внутренний контроль качества организации и выполнения калибровки СИ специалистами МС, назначенными из состава сектора метрологического контроля и бюро измерительных приборов с привлечением специалистов калибровочных лабораторий (групп).

При проведении внутреннего контроля проверяется:

- наличие, состояние и соответствие калибровочных средств требованиям нормативной документации на методы и средства калибровки;

- наличие свидетельств о поверке (сертификатов о калибровке) калибровочных средств;

- соответствие условий эксплуатации и хранения калибровочных средств требованиям нормативной документации;

- полнота выполнения калибровочных операций и их соответствие требованиям нормативных документов.

Результаты внутреннего контроля, проводимого специалистами МС, регистрируются в «Журнале регистрации результатов внутреннего контроля качества проведения калибровочных работ».

По результатам внутреннего контроля разрабатываются мероприятия по устранению выявленных недостатков и повышению качества организации и выполнения калибровочных работ.

В соответствии с требованиями раздела 12 стандарта предприятия СТП 256-638-2000 в подразделениях предприятия проводится проверка соблюдения метрологических правил, норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений.

Проверку проводит комиссия, ежегодно назначаемая приказом по предприятию из числа специалистов МС, отдела качества и технического контроля с привлечением заказчика.

Проверку в подразделениях метрологических правил, норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений комиссия проводит в объеме требований раздела 5 рекомендаций МИ 2304-94 «ГСОЕИ. Метрологический контроль и надзор, осуществляемые метрологическими службами юридических лиц» и раздела 6.9 методологической инструкции МИ 4.11-00.

По результатам проверки соблюдения в подразделениях предприятия метрологических правил, норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений выпускается акт по форме приложения Б рекомендаций МИ 2304-92.

Внешний контроль за качеством организации и выполнения калибровочных работ проводят:

- метрологическая служба ракетно-космической промышленности Российского космического агентства;

- Орган по аккредитации в РСК – Федеральное Государственное учреждение "Воронежский ЦСМ" на договорной основе и в соответствии с требованиями ПР РСК003.

Если в результате внутреннего или внешнего контроля (или по другим источникам информации) выявлено некачественное выполнение калибровки СИ, метрологическая служба предприятия проводит следующие действия:

- проверяется техническое состояние средств калибровки;

- проверяются знания лицами, проводящими калибровку СИ, требований нормативно-технических документов на калибровку;

- проводится тщательный анализ методики проведения калибровки СИ с целью выявления отклонений от требований НТД на калибровку;

- анализируются другие факторы, влияющие на качество калибровки СИ.

Разрабатываются корректирующие и предупреждающие действия, направленные на устранение и недопущение некачественной калибровки СИ (План мероприятий по устранению выявленных недостатков).

В план мероприятий включают следующие действия:

- регулярный внутренний контроль качества с использованием других средств калибровки;

- проверка квалификации лиц, проводящих калибровку СИ;

- повторная калибровка СИ в присутствии контролирующих лиц;

- участие в межлабораторных сличениях;

Результаты проведения корректирующих действий оформляется актом, который утверждается руководителем МС и доводится до всех лиц, участвующих в организации и выполнении калибровки СИ.

По результатам проверки соблюдения в подразделениях предприятия метрологических правил, норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений выпускается акт по форме приложения Б рекомендаций МИ 2304-92.

Внешний контроль за качеством организации и выполнения калибровочных работ проводят:

- метрологическая служба ракетно-космической промышленности Российского космического агентства;

- Орган по аккредитации в РСК – Федеральное Государственное учреждение "Воронежский ЦСМ" на договорной основе и в соответствии с требованиями ПР РСК003.

Если в результате внутреннего или внешнего контроля (или по другим источникам информации) выявлено некачественное выполнение калибровки СИ, метрологическая служба предприятия проводит следующие действия:

- проверяется техническое состояние средств калибровки;

- проверяются знания лицами, проводящими калибровку СИ, требований нормативно-технических документов на калибровку;

- проводится тщательный анализ методики проведения калибровки СИ с целью выявления отклонений от требований НТД на калибровку;

- анализируются другие факторы, влияющие на качество калибровки СИ.

Разрабатываются корректирующие и предупреждающие действия, направленные на устранение и недопущение некачественной калибровки СИ (План мероприятий по устранению выявленных недостатков).

В план мероприятий включают следующие действия:

- регулярный внутренний контроль качества с использованием других средств калибровки;

- проверка квалификации лиц, проводящих калибровку СИ;

- повторная калибровка СИ в присутствии контролирующих лиц;

- участие в межлабораторных сличениях;

Результаты проведения корректирующих действий оформляется актом, который утверждается руководителем МС и доводится до всех лиц, участвующих в организации и выполнении калибровки СИ.

Математическое обеспечение

Универсальность МО упрощает методику автоматизированного проектирования. В то же время следует отметить, что универсальность не имеет количественной оценки. Реализуя ту или иную модель и метод, разработчик МО должен указать четкие границы их применимости.

Алгоритмическая надежность - свойство компонента МО давать при его применении и заранее определенных ограничениях правильные результаты. Количественной оценкой алгоритмической надежности служит вероятность получения правильных результатов при соблюдении оговоренных ограничений на применение метода. Если эта вероятность равна единице или близка к ней, то говорят, что метод алгоритмически надежен.

С алгоритмической надежностью тесно связана проблема обусловленности математических моделей и задач. О плохой обусловленности говорят в случаях, когда малые погрешности исходных данных приводят к большим погрешностям результатов. В результате не только снижается точность результатов проектирования, но и увеличиваются затраты машинного времени. Для анализа и оптимизации объектов с плохо обусловленными моделями необходимо применять специальные методы с повышенной алгоритмической надежностью.

Точность является наиболее важным свойством всех компонентов МО и определяет степень совпадения расчетных и истинных результатов. Алгоритмически надежные методы могут давать различную точность. И лишь в случаях, когда точность оказывается хуже предельно допустимых значений или решение вообще невозможно получить, говорят не о точности, а об алгоритмической надежности.

В большинстве случаев решение проектных задач характеризуется совместным использованием многих компонентов МО, что затрудняет оценку влияния погрешности отдельных компонентов. При необходимости оценки их точности проводят вычислительные эксперименты с использованием тестовых задач.

Затраты машинного времени во многом определяются сложностью проектируемых объектов и размерностью решаемых задач. Машинное время вычислительного процесса является главным ограничивающим фактором при попытках повысить сложность проектируемых на персональном компьютере объектов.

Одним из путей сокращения сроков проектирования является применение многопроцессорных вычислительных систем, обеспечивающих распараллеливание процесса вычисления. В связи с этим важнейшим показателем экономичности МО является его приспособленность к распараллеливанию процесса проектирования.

Используемая память является вторым после затрат машинного времени показателем экономичности МО. Затраты памяти определяются длиной программы и объемом используемых массивов данных. Несмотря на значительное увеличение емкости оперативной памяти в современных персональных компьютерах, требования к снижению затрат памяти остаются актуальными.

В целях экономии затрат оперативной памяти используют внешнюю память. Однако частые обращения к внешней памяти приводит к увеличению затрат машинного времени, поэтому при разработке методов проектирования, алгоритмов и программ приходится решать вопрос рационального использования внутренней и внешней памяти.

При выполнении проектных работ на ЭВМ необходимо провести подготовительную работу, включающую в общем случае следующие этапы:

1. математическая формулировка задачи;

2. выбор метода решения;

3. разработка алгоритма;

4. составление программы и ее отладка на контрольном примере;

5. подготовка и запись исходных данных;

6. решение задач на ЭВМ и анализ результатов.

Трудоемкость процесса разработки программ и эффективность их использования в процессе эксплуатации во многом зависят от результатов выполнения первых трех этапов, относящихся к математическому обеспечению САПР.

Математическая формулировка задачи включает математическое описание условий и определение аналитических или логических выражений, которые подлежат решению на ЭВМ. Для ее построения широко используют различные математические модели – системы математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект и его поведение в действительных производственных условиях.