Создание базы данных для систем автоматизированного проектирования универсальных сборочных приспособлений средствами Autodesk Inventor

Применение приспособлений позволяет:

устранить разметку заготовок перед обработкой, повысить ее точность;

увеличить производительность труда на операции;

снизить себестоимость продукции;

облегчить условия работы и обеспечить ее безопасность;

расширить технологические возможности оборудования;

организовать многостаночное обслуживание;

применить технически обоснованные нормы времени и сократить число рабочих, необходимых для выпуска продукции.

Классификацию приспособлений проводят по следующим признакам:

1. По целевому назначению приспособления делят на пять групп:

1. станочные приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок на станках. В зависимости от вида обработки различают токарные, фрезерные, сверлильные, расточные, шлифовальные и другие приспособления;

2. приспособления для крепления режущего инструмента. Они характеризуются большим числом нормализованных деталей и конструкций, что объясняется нормализацией и стандартизацией самих режущих инструментов;

3. сборочные приспособления используют при выполнении сборочных операций, требующих большой точности сборки и приложения больших усилий;

4. контрольно-измерительные приспособления применяют для контроля заготовок, промежуточного и окончательного контроля, а также для проверки собранных узлов и машин. Контрольные приспособления служат для установки мерительного инструмента;

5. приспособления для захвата, перемещения и перевертывания обрабатываемых заготовок, а также отдельных деталей и узлов при сборке.

2. По степени специализации приспособления делят на:

1. универсальные;

2. специализированные;

3. специальные.

Универсальные приспособления (УП) используют для расширения технологических возможностей металлорежущих станков. К ним относятся универсальные, поворотные, делительные столы, самоцентрирующие патроны.

Универсальные безналадочные приспособления (УБП) применяются для базирования и закрепления однотипных заготовок в условиях единичного и мелкосерийного производства. К этому типу принадлежат универсальные патроны с неразъемными кулачками, универсальные фрезерные и слесарные тиски.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) используют для базирования и закрепления заготовок в условиях многономенклатурного производства. К ним относятся универсальные патроны со сменными кулачками, универсальные тиски, скальчатые кондукторы.

Специализированные безналадочные приспособления (СБП) используют для базирования и закрепления заготовок, близких по конструктивным признакам и требующих одинаковой обработки. К таким приспособлениям принадлежат приспособления для обработки ступенчатых валиков, втулок, фланцев, дисков, корпусных деталей и др.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) применяют для базирования и закрепления заготовок, близких по конструктивно-технологическим признакам и требующих для их обработки выполнения однотипных операций и специальных наладок.

Универсальные сборочные приспособления (УСП) применяют для базирования и закрепления конкретной детали. Из комплекта УСП собирают специальное приспособление, которое затем разбирают, а элементы УСП многократно используют для сборки других приспособлений.

Специальные приспособления (СП) используют для выполнения определенной операции и при обработке конкретной детали. Такие приспособления называются одноцелевыми. Их применяют в крупносерийном и массовом производстве.

3. По функциональному назначению элементы приспособлений делят на:

1. установочные;

2. зажимные;

3. силовые приводы;

4. элементы для направления режущего инструмента;

5. вспомогательные механизмы;

6. вспомогательные и крепежные детали (рукоятки, сухари, шпонки).

Все эти элементы соединяются корпусными деталями.

4. По степени механизации и автоматизации приспособления подразделяют на:

1. ручные;

2. механизированные;

3. полуавтоматические;

4. автоматические.

Современные приспособления - это большой класс технологических объектов, отличающихся многообразием конструкций, многокомпонентностью и иерархичностью структуры, сложной геометрией составляющих и широким диапазоном изменения размеров, различной степенью универсальности и типовности.

Для единичного, мелкосерийного, серийного производства характерным является то, что среди большого объема создаваемых конструкций удельный вес типовых приспособлений весьма невысок. В принципе, это цельный комплекс серьезных проблем и задач, к решению которых необходимо привлекать современные методы и средства автоматизации.

3.2 Универсальные сборочные приспособления

Универсальные сборочные приспособления (УСП), устройства, собираемые из комплекта (набора) взаимозаменяемых многократно используемых обычно стандартных (или унифицированных) деталей и узлов, служащие для установки и закрепления изделий при выполнении технологических операций обработки, сборки и контроля (см. рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Универсальное сборочное приспособление

Система УСП разработана в 50-х гг. 20 в. в СССР инженерами В. С. Кузнецовым и В. А. Пономаревым. В основу системы УСП положена идея постоянного обращения в производстве стандартных деталей и узлов с целью решения задачи эффективной технологической подготовки производства при единичном, опытном и мелкосерийном выпуске изделий для сокращения сроков изготовления, повышения точности изделий и увеличения производительности труда.

В комплект УСП входят детали различного функционального назначения: базовые, опорные, установочные, направляющие, крепежные. Для обеспечения взаимозаменяемости детали УСП изготовляют в основном не ниже 2-го класса точности. Износостойкость деталей обеспечивается изготовлением их из качественных конструкционных, легированных и инструментальных сталей, часто с последующей термообработкой. Базовые и опорные детали имеют различные конструктивные элементы (пазы, прорези, гребни, отверстия), которые позволяют получать различные композиции деталей в УСП. После окончания операции технологического процесса над изделием или партией изделий УСП разбирают на части или детали, которые затем используют многократно в различных сочетаниях в других УСП или для сборки тех же УСП, если возобновляется выпуск ранее производившихся изделий.

УСП универсальны только в отношении своего изготовления (сборки), а в готовом виде они становятся специальными (одноцелевыми). Т. О., обладая всеми присущими специальными приспособлениям положительными свойствами, УСП в то же время еще и обратимы (из-за отсутствия постоянных жестких связей) и обеспечивают многократное и длительное (до 15 - 20 лет) применение деталей в разных комбинациях. Отдельное УСП существует ограниченное время (целесообразно до 15 сут.), а система УСП, материальную основу которой составляет определенный набор деталей, функционирует в производстве постоянно.

В зависимости от номенклатуры выпускаемых предприятием изделий применяют различные комплекты деталей для УСП (от 600 до 30 тыс.). Минимальный набор позволяет собирать 300 - 400 приспособлений средней сложности в год, максимальный - иметь такое же число приспособлений в постоянном обращении. Существуют стандартизованные комплекты с Т-образными пазами шириной 8, 12, 16 мм, соответственно этому и шифруют комплекты: тУСП-8; УСП-12; УСП-16. Типовой комплект УСП состоит из 20 тыс. деталей 150 типов (около 600 типоразмеров), масса такого комплекта до 20 т.

Основные показатели комплектов УСП приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1- Основные показатели комплектов УСП

Комплект	Габаритные размеры обрабатываемых заготовок, мм	Число элементов в комплекте	Среднее число приспособлений, одновременно собираемых из одного комплекта
УСП-8	220x120x100	4100	30
УСП-12	700x400x200	2100-3100	15-20
УСП-16	2500x2500x4300	4300	20

Каждый комплект состоит из нескольких групп элементов и узлов:

базовые элементы, в том числе плиты, угольники и др.;

опорные и корпусные элементы (определяющие каркас приспособления), подкладки, опоры, планки, угольники и др.;

направляющие и установочные элементы - втулки, шпонки, кольца, штыри, колонны и др.;

прижимные элементы - прихваты, кулачки и др.;

крепежные элементы - болты, гайки, шпильки, штифты, шайбы и др.;

прочие элементы;

неразборные узлы - зажимные, установочные, силовые и др.

На рисунке 3.2 приведены базовая деталь - прямоугольная плита и опорная деталь - опора с двумя Т-образными пазами.

а) плита квадратная б) опора прямоугольная с двумя Т-образными пазами

Рисунок 3.2 - Элементы УСП

В настоящее время заводской комплект УСП содержит восемь групп стандартных элементов из которых и монтируются необходимые приспособления. Для большей наглядности это можно представить в виде диаграммы рис. 3.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.3 - Схема классификации УСП

3.3 Преимущества и недостатки УСП

Система УСП обеспечивает значительное сокращение времени и стоимости производства новых объектов. Она ускоряет выпуск новой техники, высвобождает труд конструкторов и рабочих инструментального производства, сокращает расход металла на оснастку, позволяет применять приспособления в производствах с малым выпуском, где изготовление их обычным способом неэкономично. В настоящее время УСП применяют и для групповой обработки.

В настоящее время вместо ручных зажимных устройств применяют гидравлические и пневматические устройства. Это позволяет использовать УСП и в крупносерийном производстве.

Основная часть собираемых компоновок УСП (около 60 %) приходится, как показывает практика, на сверлильные приспособления, затем фрезерные (30 %) и токарные (7 %); остальная часть - на шлифовальные и другие типы. Это соотношение по мере развития системы может изменяться.

Наличие достаточно большого парка станков с ЧПУ фрезерно-сверлильно-расточной группы позволяет эффективно применять в качестве приспособления для закрепления заготовок системы УСП.

К недостаткам УСП относятся:

. Обработка на пониженных режимах из-за ограниченной жесткости приспособлений;

. Большая масса приспособлений;

. Большие начальные капитальные затраты, то есть высокая начальная стоимость комплекта УСП;

. Ограничение габаритов обрабатываемых заготовок;

. Практически нельзя обработать заготовку с нескольких сторон;

6. Ограничение точности обработки из-за погрешности компоновки приспособлений.

Первоначально высокая стоимость комплекта УСП значительно снижает экономический эффект от его использования, экономия достигается лишь при многократном использовании элементов для компоновок различных приспособлений, частота повторного использования элементов является важнейшим показателем эффективности использования приспособлений из УСП.

При большой стоимости комплекта деталей УСП система УСП может оказаться нерентабельной. В этом случае целесообразно организация прокатных баз для нескольких заводов машиностроения или приборостроения. Практика работы таких баз показала быструю (за два - три года) окупаемость комплекта УСП при общем сроке их службы 15 - 20 лет.

Система УСП, используемая в машиностроении, применяется для сборки станочных, контрольных и сборочных приспособлений, для вырубных и гибочных штампов.

Эффективное использование УСП возможно при обработке типовых деталей, идущих повторяющимися партиями, т.е., чем выше коэффициент многократного использования, тем выгоднее использовать для этих целей УСП.

Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей АП «Визас» позволяет утверждать, что использование УСП будет эффективно применительно к условиям данного производства.

4. Традиционное конструирование и сборка приспособлений УСП

Процесс традиционного конструирования приспособлений основан на последовательном выборе локальных конструктивных решений и их объединение в конструкцию. Выбор решений осуществляется на информационном поле, отражающем типизированные детали и сборочные единицы, традиционные приемы конструирования и конструктивные решения из опыта проектировщика. Процесс документирования конструкций при этом неразрывно связан с проектированием и повторяет его поэлементно. При необходимости процесс прерывается для корректировки выбранных ранее конструктивных решений и способов их отображения (уточнение числа и типов изображений элементов конструкции).

Конструирование приспособлений УСП отличается тем, что приспособления состоят только из стандартных деталей и узлов. Применение стандартного комплекта УСП исключает стадию конструирования с ее многими этапами заменяя ее стадией компоновки, но компоновка приспособлений для обработки конкретной детали требует значительных затрат времени на выбор необходимых элементов УСП, разработки схемы установки этих элементов согласно карты-наладки.

Проектирование приспособлений УСП включает следующие этапы:

. Выбор способа установки приспособления на станке;

. Выбор баз и способа базирования заготовки.

При анализе технологических баз (установочной, направляющей, опорной) принимают решения о типах, размерах, пространственном положении и точностном исполнении установочных элементов станочного приспособления. Конструкция установочных элементов приспособления зависит от формы, размеров, расположения и точности баз обрабатываемой детали.

3. Выбор точки приложения и направления зажимного усилия;

Конструкцию зажимных элементов и устройств приспособления определяют при проектировании после анализа формы и размеров поверхностей обрабатываемой детали, назначенных технологом под зажим. При этом учитывают силовые факторы, имеющие место в процессе обработки в приспособлении, а также требования производительности и экономичности конструкции.

. Выбор конструкции опорных элементов;

. Выбор контактного элемента;

. Разработка компоновки приспособления.

При наличии комплекта деталей УСП изготовление приспособления сводится к его сборке по заданной компоновочной схеме в особых случаях нужно изготовлять специальные детали, но их количество обычно не превышает 1-1,5% общего числа деталей системы.

Продолжительность сборки приспособления средней сложности 2-3 ч.

Качество и точность обработки детали с использованием УСП зависит от качества сборки, степени износа и состояния базовых и установочных деталей. При нормальной сборке приспособлений точность обработки деталей достигает 3 класса, при особо тщательной - 2 класса.

Сборку выполняют рабочие высокой квалификации по чертежу обрабатываемой заготовки или по ее образцу, компоновочной схеме приспособления.

Для ускорения сборки повторяемых компоновок перед разборкой их фотографируют без заготовки и с заготовкой и составляют типовую спецификацию, в которую вносят элементы комплекта, отмечая элементы, входящие в данную компоновку, и это единственный метод, позволяющий несколько ускорить стадию компоновки УСП.

Анализ недостатков существующего процесса конструирования приспособлений из УСП показал, что наиболее эффективным методом совершенствования процесса является использование САПР. В настоящее время разрабатываются и внедряются методы автоматизированного проектирования приспособлений УСП.

Из вышеизложенного ясно, что длительность сборки каждого приспособления УСП во многом зависит от следующих факторов:

. Квалификация рабочего и инженера-технолога;

. Времени подборки необходимого комплекта элементов;

. Количества необходимых элементов конкретного приспособления;

. Выбор установочных и опорных баз;

. Длительности сборки УСП;

. Организации условий труда.

Использовать САПР для повышения производительности сборки приспособлений из УСП можно на 2, 3, 4 этапах.

5. Автоматизированное проектирование приспособлений

Предпосылки для комплексной автоматизации: деталь - технологический процесс изготовления детали - проектирование и изготовление технологической оснастки - изготовление детали создает информационно-функциональная взаимосвязь между параметрами оснащаемой детали и формируемой технологической оснасткой.

Аналогичные взаимосвязи существуют также между технологическими решениями по производству детали и информационными моделями этой детали. В связи с этим при автоматизации проектирования приспособлений и был определен метод построения технологического оснащения на базе информационной модели, получившей название синтеза конструкций.

В основу этого метода положены следующие принципы:

. Информация, описывающая конструкцию приспособления, является результатом переработки сведений об оснащаемой детали и технологических операциях ее изготовления.

. Для конструкции любого приспособления существует возможность ее декомпозиции на определенное число составляющих - конструктивных элементов (КЭ).

. Конструкция всякого приспособления может быть синтезирована из определенного числа конструктивных элементов.

. Конструктивные элементы отличаются свойствами и характеристиками, которые можно представлять в ЭВМ.

. Между элементами в конструкции существуют некоторое количество моделированных отклонений, общих для всех приспособлений.

. В каждом конструктивном элементе как разновидности твердого тела можно зафиксировать его положение для определения значений позиционных отношений между элементами.

5.1 Основные функции систем автоматизированного проектирования и изготовления технологической оснастки

Современной системе проектирования и изготовления целесообразно выполнение следующих функций:

1. Анализ оснащаемого объекта, его изготовления, моделирование этого объекта и процесса изготовления.

2. Синтез конструкций из конструктивных элементов с выполнением точностного, геометрического и силового анализов, оптимизацией по соответствующим критериям полного информационного описания синтезируемой конструкции.

Отображение пространственного описания конструкций на плоскости проекций (построение графика сборочного чертежа).

Поэлементный анализ конструкции с отображением описаний оригинальных деталей на плоскости проекций, получением деталировочных чертежей и сопоставлением спецификаций.

Технологический анализ конструкции, решение технологических задач и получение управляющей информации для изготовления на оборудовании с ЧПУ.

Технико-экономическая оценка конструкции и определение ее качественных показателей.

7. Разработка необходимой технологической и технико-экономической документации.

Укрупненная схема системы проектирования и изготовления технологической оснастки показана на рисунке 5.1.

Информация об оснащаемой детали и схеме ее обработки создается (в случае отсутствия ее в базе данных) также средствами системы. Это сведения о размерах, геометрии, физических характеристиках, точности оснащаемой детали и отдельных ее поверхностях, данные о схеме базирования, закрепления, об обрабатываемых элементах, информация об оснащаемом оборудовании, требуемой производительности обработки, количестве одновременно устанавливаемых заготовок, режимах и усилиях резания.

Каждая из перечисленных функций связана с решением задач различного уровня и степени сложности.

После анализа и приведения исходной информации к каноническому виду начинается реализация комплекса программ синтеза конструкций, в результате чего генерируется информационное описание конструкции приспособления. Далее составляется спецификация, формируется сборочный и рабочие чертежи деталей конструкции.

Информационное обеспечение		Программный комплекс для ЭВМ		Результаты, спецификация конструкции, маршрутные карты, ведомость заготовок, ведомость покупных изделий, ведомость затрат на изготовление приспособлений таблица координат и размеров
Конструктивные элементы		Описание оснащаемого объекта и технологии его использования
Типовые изображения		Синтез конструкции
Каталог сведений об оснащаемом оборудовании		Составление спецификации
Нормативно-справочные материалы		Формирование чертежей		Сборочный чертеж приспособления, рабочие чертежи деталей
Сведения об условиях производства приспособлений		Технологическое проектирование		Информация для АСУП
Конструкции-аналоги		Подготовка программ для станков с ЧПУ		Программа для станка с ЧПУ

Рисунок 5.1 - Укрупненная схема САПР приспособлений

Процесс завершается работой подсистемы технологического проектирования и подготовкой программ для станков с ЧПУ, формируются сведения для АСУП.

Выполнение функций САПР включает в себя поиск типовых изображений для графического моделирования конструктивных элементов приспособлений, компоновку сборочного чертежа из типовых изображений и формирование его описания, определение сборочного чертежа и его масштаба, распознавание видимости линий на чертеже из условий видимости и принятого масштаба, идентификацию структурных единиц конструкции на чертеже.

5.2 Синтез конструкций приспособлений

Метод синтеза приспособлений разработан для решения задач алгоритмического построения конструкций приспособлений. Он является главным теоретическим фактором, определяющим методику разработки САПР приспособлений.

Основным положением метода синтеза приспособлений следует считать утверждение о существовании соответствий между функциями конструкции, задаваемыми входными требованиями, и конструктивными элементами, реализующими эти функции.

Последовательность работ при решении задач синтеза конструкций приспособлений следующая:

Сначала создается общая компоновка конструкции. Решение этой глобальной задачи связано с анализом информации об оснащаемой детали в целом и далее локальные задачи, связанные с отдельными поверхностями детали.

Для их решения рассматриваются и моделируются локальные проектные ситуации, которые могут возникать в связи с одной какой-либо поверхностью детали. Локальную проектную ситуацию характеризуют форма, размеры, технологическое назначение поверхности обрабатываемой детали, конфигурация, количество и пространственное расположение функциональных элементов приспособления, контактирующих с данной поверхностью.

Примером глобальной задачи является синтез корпуса приспособления на основе данных об оснащаемой детали и конструктивных элементах, которые он объединяет в единую жесткую систему. Локальной задачей могут быть определение количества и расстановка пластинчатых опор под базовой плоскостью, ограниченной контуром.

Процесс синтеза - это накопление информации, отображающее изменения пространственного образа конструкции во времени. То есть это многоэтапный процесс, который начинается в момент завершения формирования модели обрабатываемой детали, а заканчивается формированием полного описания требуемой конструкции приспособлений. Этапы синтеза - это части процесса, соответствующие построению определенных групп элементов приспособлений установочных, направляющих, зажимных, фиксаций и т.д.

Для большинства этапов процесс синтеза протекает в три стадии. Например, при синтезе установочных элементов на первой стадии из описания обрабатываемой детали выделяется для анализа информация, характеризующая схему базирования этой детали.

На второй стадии происходит выбор схемы установки, которая представляет собой перечень наименований классов установочных элементов, реализующих выбранную схему (установка на цилиндрический палец и штыри, установка с помощью двух призм и пластинчатых опор и т.д.)

На третьей стадии осуществляется воплощение выбранной схемы установки в виде конструктивно завершенной функциональной группы установочных элементов приспособления.

Аналогичные стадии проводятся также на этапах синтеза функциональных групп зажимных, направляющих, делительных корпусных и других элементов.

Важным вопросом является получение рациональной конструкции. Трудности решения задач оптимизации заключаются в их многокритериальности и многопараметричности. Рациональные решения могут быть получены только на отдельных стадиях проектирования, например, на стадии выбора схемы установки.

Конструкция должна быть работоспособной, пригодной для обработки оснащаемой детали и обеспечивающей требуемые параметры точности. Пригодность конструкции определяется рядом технических, технологических, эстетических, экономических и других показателей (точности, жесткости, дисбаланса, быстродействия, простоты и технологичности, удобства и безопасности, эстетичности внешнего вида и др.)

Последовательность процессов синтеза приспособлений строится на аналогии с практикой традиционного конструирования.

Завершающими этапами являются синтез несущих специальных конструктивных элементов типа кондукторных плит и корпусов, а также проектирование вспомогательных и нижних (подкладных) плит.

Все работы, проводимые при синтезе конструкции приспособлений можно разбить на две группы. К первой относятся работы по компоновке конструкций, ко второй - проектирование специальных конструктивных элементов.

При формализации процессов компоновки конструкций из конструктивных элементов решаются следующие задачи:

1. Выбор определенных значений из базы по заданным условиям.

2. Геометрического анализа.

3. Непосредственного проектирования: определения количества и положения функциональных конструктивных элементов, выделении параметров, от которых зависит возможность использования элементов по ГОСТ (СТП), проверка возможности применения ГОСТ (СТП).

Расчетного типа.

Построения результирующих данных по заданным требованиям.

К основным задачам проектирования специальных элементов можно отнести следующие:

Выбор типа элементов.

Расчет конструктивных размеров.

Определение материала для изготовления.

Синтез формы конструктивных элементов.

Известно, что в базу конструктивных элементов включается отличные по форме конструктивные элементы, которые нецелесообразно членить на составляющие. В ряде случаев трудно предусмотреть необходимую форму специального элемента; она окончательно вырисовывается в процессе проектирования приспособления. Поэтому в базу конструктивных элементов включаются также и элементы формы, с помощью которых в процессе синтеза дорабатываются базовые конструктивные элементы.

Система предусматривает хорошо организованную базу данных, состоящую, прежде всего, из конструктивных элементов.

5.3 Информационная основа моделирования и синтеза конструкций

Информационной основой моделирования и синтеза конструкций является библиотека конструктивных элементов (БКЭ).

Автоматизированное проектирование так же, как и традиционное, основано на соединение в конструкцию отдельных, последовательно выбираемых элементарных конструктивных решений. Пространственные объекты, функционально обособленные части конструкции, которые в процессе проектирования нерационально делить на более мелкие составляющие носят название конструктивных элементов (КЭ). В роли КЭ могут выступать сборочные единицы, детали, части деталей, поверхности или их группы.

Конструктивные элементы - это объекты со своими свойствами (форма, структура, функции, материал, и др.), количественными параметрами (размеры, вес, допуски, состав, и др.)

Исходя из определения приспособления К, представим его в виде следующего множества:

К = {R1(B),R2(S),R3(IN),R4(OB),... Rn(SW)}, (5.1)

где Ri(B) - части конструкции, осуществляющие установку заготовки в приспособление, т.е. конструктивные решения, реализующие зависимость К от схемы базирования обрабатываемой детали В;

R2(S) - части конструкции, осуществляющие зажим заготовки, т.е. конструктивные решения, реализующие зависимость конструкции от схемы закрепления заготовки S;

R3(IN) - части конструкции, осуществляющие направление режущего инструмента, т.е. конструктивные решения реализующие зависимость принципа (схемы) направления режущего инструмента IN;

R4(OB) - части конструкции, осуществляющие фиксацию приспособления в металлорежущем оборудовании, т.е. конструктивные решения, реализующие зависимость конструкции от типа оборудования ОВ;

Rn(SW) - части конструкции, осуществляющие связь вышеперечисленных частей, т.е. конструктивные решения, реализующие зависимость конструкции от сочетания, взаимного расположения, метрических и других характеристик отдельных составляющих (промежуточные факторы).

Могут быть и другие факторы, определяющие конструкцию приспособления. Одни и те же значения факторов В, S, OB, IN, SW могут встречаться в различных технологических операциях. Например, одна и та же схема базирования может применяться при обработке фрезерованием, сверлением, точением и др. один и тот же принцип установки приспособления на станке (например, в шпинделе) может сочетаться с самыми разнообразными схемами установки и зажима заготовки. Из этого следует, что с целью большей универсальности, независимости друг от друга КЭ их выделение должно осуществляться отдельно от для каждой из вышеперечисленных групп конструктивных решений. Выделение КЭ должно основываться на четком определении функции, выполняемой данной частью конструкции в оснащаемой технологической операции. Важным является участи КЭ в выполнении только одной определенной функции.

Четкое функциональное назначение могут иметь только КЭ высшего иерархического уровня, т.е. те элементы, из которых непосредственно синтезируется приспособление. Такими КЭ могут быть как сборочные единицы, так и отдельные детали или поверхности. Главное, чтобы их функции были основными, т.е. отражали назначение приспособления в целом. При формировании БКЭ возникают определенные трудности. Например, при совмещении в одном КЭ нескольких функций приспособления в рамках одной и той же проектирующей системы ведет к резкому возрастанию БКЭ и программного аппарата выбора элементов по условиям их применяемости. Часто расширение возможностей или адаптации

САПР к конкретным производственным условиям связаны с дополнением БКЭ. Степень изменения библиотеки при этом существенно зависит от принципа выделения в ней КЭ. Например, расширение функций R(b) в введением установки заготовки на ромбический (срезанный) палец влияет на состав библиотеки следующим образом:

библиотеку, сформированную таким образом, что вся деталь представляет один КЭ, в которой присутствуют 48 различных пальцев, необходимо дополнить шестнадцатью КЭ, что связано с гладкой (без шлицев и шпонки) установочной поверхностью (число таких пальцев составляет одну треть от общего количества 48);

библиотеку, сформированную таким образом, что деталь трактуется как результат синтеза элементов форм, необходимо дополнить одним КЭ формы - частью пальца, осуществляющей установку заготовки по гладкой цилиндрической поверхности со срезами.

Аналогично влияет принцип выделения КЭ и на состав библиотек их типовых изображений (ТИ). Однозначное соответствие КЭ и программ вычерчивания его проекций благотворно сказывается на объемах и качестве работ по формализации процесса документирования.

Закономерности образования стандартных деталей из элементов формы могут быть зафиксированы в программном обеспечении массивами, содержащими коды КЭ в сочетаниях, соответствующих возможностям образования деталей.

Изложенный подход к формированию БКЭ существенно преломляется в случае разработки САПР приспособлений УСП. В этом случае приспособления состоят только из стандартных деталей и узлов, поэтому отсутствует задача синтеза оригинальных деталей из КЭ - элементов формы. Здесь возникает обратная задача - выделение в качестве КЭ устойчивых сочетаний стандартных деталей, используемых для обеспечения той или иной функции приспособлений. Таким образом, БКЭ САПР компоновок УСП состоит из стандартных деталей (КЭ низшего иерархического уровня) и сформированных сочетаний таких деталей (КЭ высшего иерархического уровня - сборочных единиц.).

Следовательно, поскольку задачей дипломного проекта является создание базы данных для САПР УСП, то необходимо решить задачу создания базы данных из стандартных деталей на первом этапе --.используемых при обработке корпусных деталей.

5.4 Информационное обеспечение САПР приспособлений

САПР приспособлений связан с постоянной или базовой информацией, характеризующей объекты, сведения о которых могут быть использованы в процессе проектирования и которые известны до создания системы и переменной, изменяющейся при проектировании каждой очередной конструкции.

Переменная информация подразделяется в свою очередь на три разновидности:

подаваемую на вход системы (входную);

определяемую предварительно для получения окончательного решения (промежуточную);

описывающую конструкцию приспособления как результат проектирования (выходную).

Важную часть переменной информации составляют входные данные, которые представляют описанное определенным образом задание на проектирование приспособления. Задание отражает среду, в которой должна функционировать создаваемая конструкция. Среду образуют обрабатываемая деталь (оснащаемый объект), станок (оборудование), используемый инструмент, а также организация технологической операции (ее производительность, число одновременно обрабатываемых деталей), средства установки деталей, подведенные силовые коммуникации и др.

В качестве системы отсчета для определения положения поверхностей обрабатываемой детали служит главная система координат О Хо Yo Zo. Положение ГСК определяется технологическим базами обрабатываемой детали. При описании обрабатываемой детали не обязательно отражается вся совокупность данных о ней, например, исключается детальное описание поверхностей, не участвующих в обработке.

5.5 Создание базы данных для САПР УСП

Источником входной информации для САПР приспособлений служат следующие документы: задание на проектирование; операционная технологическая карта; операционный эскиз детали; конструкторский чертеж детали. Всю информацию для проектирования сосредотачивают в одном документе - операционном чертеже детали. Обрабатываемую деталь на операционном чертеже представляют в том виде, который она приобретает после выполнения данной операции. На нем указываются места базирования, закрепления и обработки.

На описанных принципах построены применяемые системы подготовки входной информации в САПР приспособлений. Структура и содержание каждой из них связана со спецификой решаемых задач проектирования конкретного вида приспособлений.

При автоматизации проектирования приспособлений в качестве конструктивных элементов рассматривают не только детали и сборочные единицы, но и части детали, влияющие на служебное назначение (отверстия, канавки, посадочные места деталей и узлов). Эти элементы конструкций принято называть конструктивными элементами формы.

Конструктивные элементы формы в процессе синтеза конструкций используют для корректировки базовой конфигурации деталей, содержащейся в БКЭ. Они служат также основой конструкции специальных деталей. Среди элементов формы отдельную группу составляют посадочные места КЭ. Посадочным местом элемента называют часть контактирующей с ним базовой детали, обеспечивающее базирование и крепление КЭ к ней.

КЭ в зависимости от степени нормализации разделены на четыре группы:

полностью нормализованные (неизменны форма, структура и размеры), к ним относятся стандартные детали;

частично нормализованные с постоянной конфигурацией и переменными размерами;

частично нормализованные с переменной конфигурацией и структурой;

специальные, синтезируемые из элементов групп 1 и 2.

Каждому КЭ присваивают код (рисунок 5.5). Код элемента определяет его функциональное назначение, тип, типоразмер, геометрическую форму, структуру, материал, положение системы координат, набор процедур графического отображения КЭ, технологические свойства (покрытие, шероховатость).

Для приспособлений, полностью состоящих из стандартных деталей и узлов, например УСП, информационное обеспечение КЭ низшего уровня сводится к выбору необходимого типоразмера стандартной детали и занесения его параметров в базу данных. Для КЭ высшего уровня (функциональных групп элементов) - устойчивых сочетаний деталей для выполнения определенных функций - состоит в решении расчетных и аналитических задач выбора элементарных компонентов узла и их взаимной пространственной ориентации и занесения в базу данных БКЭ.

Таблица 5.2 - Информационное обеспечение САПР приспособлений.

ИНФОРМАЦИЯ
КОНСТРУКТОРСКАЯ	ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
Группа элементов	Код	Типы элементов	Код	Классификация деталей по признаку	Наименование	Код
Базовые	1	Плиты: круглые	1	1 Геометрическая форма	Тела вращения:	40
		квадратные	2		валы	01
		прямоугольные	3		диски	02
					фланцы	03
Корпусные	2	Опоры: проставки	1
		призмы	2		Не тела вращения:	50
		угольники	3		корпуса	01
		прокладки и др.	4		рычаги	02
Направляющие	3	Втулки	1	2 Габаритные размеры	Мелкие и средние	1
		Шпонки	2		Крупные	2
		Штифты и др.	3		Весьма крупные	3
Установочные	4	Упоры	1	3 Метод обработки	Точение	1
		Диски	2		Фрезерование	2
		Пальцы и др.	3		Шлифование и др.	3
Зажимные	5	Планки	1	4 Способ базирования	По вертикальной плоскости	1-25
		Прихваты и др.	2		По горизонтальной плоскости	26
Крепежные	6	Болты	1		Различные наружные поверхности	56
		Винты	2		Различные внутренние поверхности	66
		Гайки	3	5 Вид обрабатываемой поверхности	Плоские	1
		Шайбы и др.	4		Цилиндрические	2
Разные	7	Центры	1	6 Материал детали	Стали	01
		Пружины	2		Чугуны	30
		Хомутики	3		Цветные металлы	40

Библиотека типовых изображений (БТИ) содержит информацию об унифицированных элементах чертежей - типовых изображений (ТИ), На базе БТИ формируются чертежи приспособлений, конструируемых системой. Каждое ТИ имеет свою автономную систему координат, положение которой фиксировано, систему простановки размеров и код, отражающий его геометрические свойства. Описание ТИ содержит совокупность координат характерных точек ТИ в его системе координат. Характерными точками являются точки начала и конца отрезков прямых, дуг окружностей ТИ и др. Описание включает в качестве переменных размеры ТИ, обозначенные буквами Ai. Конкретные значения размеров Ai вычисляются с помощью функций, отражающих их зависимость от размеров конструктивных элементов.

Каталог сведений об оборудовании (КСО) содержит информацию о рабочих зонах и посадочных местах станков, на которых должно быть установлено проектируемое приспособление. Идентификатором массива, содержащего сведения об одном определенном станке, служит обозначение его модели либо соответствующий ему код.

Нормативно справочные массивы НСМ содержат спецификационную информацию, таблицы допусков, посадок и классов точности, трудовые нормативы на обработку деталей и сборку приспособлений и т.д.

Сведения об условиях производства (массив СУП) характеризует производственные возможности предприятия выполнять технологические процессы по изготовлению приспособлений.

Библиотека конструкций-аналогов (БКА) предназначена для генерирования конструкции или какой - либо ее части в процессах интерактивного проектирования приспособлений. Аналог создаваемой конструкции является в этом случае укрупненным проектным решением, которое дает направление конструкторской мысли при принятии решения в диалоге человеком.

Входная, выходная и условно-постоянная информация при автоматизации проектирования приспособлений рассматривается как единый информационный комплекс. Его основная задача заключается в полном, достоверном, надежном и своевременном обеспечении процессов конструирования и документирования проектных задач на ЭВМ.

Для САПР приспособлений правильная организация структур данных играет очень важную роль.

Наиболее прогрессивной формой организации данных при автоматизации проектирования в настоящее время является база данных. Она включает в себя описание данных, сами данные и программное обеспечение, которое осуществляет обмен информацией между внешней и оперативной памятью ЭВМ, обслуживает базу данных и выполняет другие функции управления ею. Современные системы управления базами данных строятся на основе идеи выделения трех уровней описания данных: концептуального, внутреннего и внешнего.

Использование баз данных при автоматизации проектирования приспособлений позволяет единым стандартным способом осуществлять занесение, хранения, поиск и выдачу информации в проектирующей системе; повысить степень адаптируемости систем проектирования к изменяющимся производственным условиям путем замены условно - постоянной информации. база данные автоматизированный сборочный

Чтобы решить поставленную задачу необходимо информацию, которая использовалась при создании САПР УСП перевести средствами AutoDesk в информацию, которая распознавалась этим пакетом. Для этого необходимо взять существующий документ на ОАО завод «Визас» по УСП, который представляет собой MN3702-62, MN3790-62,MN3784-62, в которых закодированы все детали стандартных элементов УСП, используемых на заводе. Поскольку мы ограничены на первом этапе объемом информации, а именно деталями, используемыми для создания УСП при обработке корпусных деталей. К ним относят: призмы, прихваты, призмы и т. д. Чтобы нашу информацию распознавал AutoDesk необходимо ее закодировать с помощью средств этого графического пакета. Пример кодирования рассмотрим на призмах.

Первый этап создания базы данных заключается в приведении полученной информации в такой вид, который был бы удобен при использовании AutoDesk.

Чтобы создать полноценную библиотеку стандартных элементов необходимо создать 3D модели этих элементов. Это объясняется тем что необходимо задать информацию в виде доступном AUTODESK INVENTOR, т.е. в векторном.

Для этого необходимо строить 3D модели придерживаясь определённых правил, которые регламентированы AUTODESK INVENTOR, объясняется это тем, что при создании отдельной 3D модели последовательность построения не играет большой роли, а поскольку нам необходимо не только создать не только 3D модели, но и параметрические ряды, позволяющие осуществлять перебор этих моделей, а затем из них создать библиотеку стандартных компонентов по типу той, которая уже существует в AUTODESK INVENTOR, то задача многократно усложняется.

Как уже говорилось первым этап создания библиотеки является создание параметрических рядов элементов её составляющих. Для этого после создания 3D моделей создаются таблицы с параметрами, позволяющими осуществлять перебор внутри группы.

Насколько сложным процессом это является хорошо видно из примера создания параметрического для прямоугольных плит. В каждой параметризованной детали фактически «помещаются» несколько деталей, которые отличаются друг от друга не только размерами, но и количеством элементов, а также тем, что некоторые элементы могут отсутствовать. Это видно на приведённых ниже рисунках прямоугольных плит.

Таблицы можно редактировать как штатными средствами AUTODESK INVENTOR, так и во внешнем приложении (Microsoft Office Excel).

По параметрам, отмеченным как ключевые, будут в дальнейшем выбираться элементы из библиотеки.

Аналогично стандартные детали представленной на рис. 5.3 создаются параметрические ряды для остальных уже созданных 3D моделей стандартных компонентов УСП.

Далее создаётся библиотека стандартных компонентов, которая может быть подключена к любому компьютеру с установленным AUTODESK INVENTOR версии 10 и выше следующим образом:

Для этого необходимо воспользоваться командой «Добавить библиотеку». Это делается следующим образом: в диалоговом окне «Настроить библиотеку» нажить кнопку «Создать библиотеку». После этого

1. На панели инструментов «Изделие» нажать кнопку «Центр содержимого».

2. В диалоговом окне «Центр содержимого» нажать кнопку «Настроить библиотеки».

3. В диалоговом окне «Настроить библиотеки» нажать «Добавить библиотеку». При необходимости щелкнуть стрелку вниз и выбрать библиотеку из выпадающего списка:

4. Выбрать «Однопользовательская библиотека (локальная)», чтобы добавить библиотеку с локального компьютера.

5. Указать «Общая (удаленная) библиотека», чтобы добавить библиотеку с сервера Autodesk Data Management.

o Ввести имя компьютера, на котором установлен сервер Autodesk Data Management например SERVERNAME.

o Нажать «Подключиться», чтобы подключиться к серверу.

o Ввести имя библиотеки.

o Чтобы присоединить библиотеку со статусом только для чтения, выбрать команду «Добавить библиотеку с доступом только для чтения».

6. Нажать OK.

В результате после выполнения вышеперечисленных команд все созданные стандартные компоненты были введены в категорию УСП следующим образом: Для того чтобы добавить параметризованную деталь в библиотеку необходимо проделать следующие процедуры:

1. Открыть деталь, которую необходимо добавить у библиотеку.

2. В меню «Сервис» выбрать пункт «Публикация детали»

3. В выбранную библиотеку добавляем элемент в нужную категорию введя название и нажав кнопку «Публикация».

Теперь для того чтобы пользоваться созданной библиотекой УСП достаточно в режиме сборки выбрать категорию УСП вставленную в библиотеку стандартных компонентов, открыть её и пользоваться ей как любой категорией данной библиотеки.

Поставленная в дипломном проекте задача выполнена. Библиотека стандартных компонентов УСП создана и проиллюстрирована рисунком 5.8.

6. Технико-экономические показатели внедрения программы САПР УСП

6.1 Общие показатели экономической эффективности САПР

Общие показатели экономической эффективности САПР:

годовая экономия;

годовой экономический эффект.

Исходные данные для расчета годового экономического эффекта проектирования конструкции приспособления из УСП на ЭВМ приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1- Конструкции приспособления из УСП на ЭВМ

Наименование показателя	Базисный вариант	Проектируемый вариант	Расчет
Среднегодовой объем проектирования УСП на предприятии, шт	200	200	Преддипломная практика
Годовой фонд времени работы ЭВМ типа IBM-PC, ч	--	3300
Машинное время, затраченное на отладку системы, ч	--	56
Трудоемкость разработки программного обеспечения, н/ч	--	100
Стоимость одного часа работы на ЭВМ, руб	--	3000	Вычислительный центр ВГТУ
Балансовая стоимость оборудования (включая графопостроитель-установка лицензионной операционной системы Windows ХР рго+ пакет AutoDesk Inventor), руб	--	4609600	Прайс-лист фирмы BelSoft
Затраты времени на проектирование, ч Всего:	22,4	3,37	[справ литература] [справ литература]
- на обработку информации, в т.ч. вручную	--	0,07	--
- на разработку схем обработки	11,4	--	--
- на анализ данных, Т.В2	11	--	--
Среднечасовая зарплата, руб	560,7	560,7	--

6.2 Расчет себестоимости

Расчет себестоимости приведен в таблице 6.2

Таблица 6.2- Расчет себестоимости

Наименование показателя	Базисный вариант	Проектируемый вариант	Расчет
Затраты времени на проектирование годовой программы, ч. Всего;	4480	674	Тбаз= 2280+2200 Тпр=300+360+14
в т.ч. на ЭВМ - на кодирование исходной информации, T1	--	300	T1=200* 1,5=300
- на ввод исходной информации, Т2	--	360	Т2=200* 1,8=360
- на обработку информации, Тз	--	14	Т3=200*0,07=14
- на разработку схем обработки, ТВ2	2200	--	ТВ2 =200*11=2200
Основная зарплата на проектирование годовой программы, руб Всего:	2511936	370062	--
В т. ч. На ЭВМ - ЗП1	--	370062	ЗП1=(300+360)*560,7 =370062
В т. ч. вручную, ЗПВ	2511936	--	ЗПВ =4480*560,7
Отчисления на соцстрах, пенсионный фонд и др. виды отчислений (всего) 51 % Ос, руб	1281087	188731	Ос.пр. =370062*0,51 Ос.баз. =2500936*0,51
Затраты на проектирование с использованием ЭВМ, руб	--	14000	З=1000*14=14000
Себестоимость проектирования годовой программы, С, руб	1230848	195331	С1=2511936-1281087 С2=370062-188731+14000
Себестоимость проектирования одного изделия, С, руб	6154	976	--
Капитальные вложения, руб базисный вариант, К1 проектируемый вариант, К2	Принимаем, что на предприятии имеется вычислительная техника и пакет готовых программ для проектирования. Таким образом, капитальных вложений для перехода на автоматическое проектирование не требуется. K1 =0 К2 = 4609600

6.3 Расчет экономической эффективности

Расчет экономической эффективности Э, руб, из условий сравнения производственных затрат по обоим вариантам

Э - (С2 - С1) + Ен х (К2 - К1)

где С2 - себестоимость проектирования вручную (базисный вариант), руб;

С1 -- себестоимость проектирования с использованием ЭВМ (проектируемый вариант), руб;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности, для машиностроения Ен=0Д5;

К2 - капитальные вложения при проектировании вручную (базисный вариант), руб:

K1 - капитальные вложения при проектировании с использованием ЭВМ (проектируемый вариант), руб;

Э = (1230848-195331) + 0,15*(0-4609600) - 374077 руб - на партию.

6.4 Снижение трудоемкости проектирования Т

Т=Т1-Т2= 22,4 - 3,37 - 19,03 час

- на единицу продукции

Т= 3806 час - на партию

Т=100хТ2/Т1,%

Т=100 х (22,4-3,37/22,4) = 84,95 %

6.5 Снижение себестоимости проектирования, С

С= С1- С2= 6154 - 976 = 5192,71 руб - на единицу продукции

С= C1- C2= 1230848 -195331 = 1035600 руб - на партию

C=100x(C1-C2/C1)

С=100 х (6154 - 976 /6154)= 84,14 %

6.6 Технико-экономические показатели

Показатели на единицу продукции

1 Снижение трудоемкости проектирования:

в часах 19,03 час.

в процентах 84,95%

2 Снижение себестоимости проектирования:

в рублях 5192,71 руб.

в процентах 84,14%

Годовой экономический эффект от внедрения программы проектирования САПР УСП составит - 374 тыс. руб.

Вывод:

Учитывая то, что при расчетах бралась базовая почасовая оплата труда работников без учета поправочных коэффициентов (тарифных сеток, дополнительных выплат и т.п.), годовой экономический эффект в абсолютном выражении может быть на порядок выше. Принимая во внимание, что на предприятии имеется вычислительная техника и пакет готовых программ для проектирования, внедрение САПР для проектирования УСП на предприятии не требует дополнительных капитальных вложений, позволяет снизить трудозатраты на проектирование (снижение себестоимости проектирования на 84,14 %) и дает значительный экономический эффект.

7. Мероприятия по охране труда

7.1 Общие положения

Охрана здоровья, обеспечение безопасных условий труда, ликвидация профессиональных заболеваний и производственного травматизма является одной из главных забот государства. Право на охрану здоровья народа закреплено Конституцией Республики Беларусь, а также обеспечивается целым рядом законоположений и государственной системой здравоохранения.

ЭВМ и персональные компьютеры широко используются для автоматизации процессов производства и управления. Учитывая, что к использованию персональных компьютеров привлекается все большее число лиц различных возрастов, вопросы, связанные с обеспечением их безопасности и сохранения здоровья, приобрели особую актуальность. Работающие на ЭВМ могут подвергаться воздействию следующих опасных и вредных факторов: повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело работающего; повышенные уровни рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного излучений; неравномерность распределения яркости в поле зрения и другие. ЭВМ и персональные компьютеры широко используются для автоматизации процессов производства и управления. Учитывая, что к использованию персональных компьютеров привлекается все большее число лиц различных возрастов, вопросы, связанные с обеспечением их безопасности и сохранения здоровья, приобрели особую актуальность. При работе на ЭВМ, на другой офисной технике работающие при определенных условиях могут подвергаться воздействию различных опасных и вредных производственных факторов, основными из которых являются:

физические:

· повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело работающего;