Автоматизация технологической подготовки производства. Механическая обработка типовых деталей с использованием прикладного программного обеспечения общего назначения

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина ” КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ “АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА” Для студентов специальности 151900-Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Технология машиностроения» Рассмотрены основы объектно-ориентированного программирования для решения прикладных технологических задач в системе Visual Basic vor Application. Рассмотрены приёмы разработки управляющих процедур для моделирования расчётных алгоритмов задач технологического проектирования. Описан процесс механической обработки типовых деталей с использованием прикладного программного обеспечения общего назначения. Екатеринбург Элементы автоматизации (установочная лекция) Известно, что автоматизированное проектирование ТП может выполняться либо в режиме интерактивного общения с компьютером, либо при помощи предварительно разработанных программ. Программа, написанная на языке понятном компьютеру, управляет его работой после её запуска и выводит результаты выполненных действий на экран монитора. Для создания подобных программ появились алгоритмические языки понятные массовому пользователю. Они подразделяются на операторные и декларативные языки высокого уровня. Основой операторного языка является оператор, а основой декларативного языка является функция. Оператором называется, выполняемая определённое законченное действие, часть программного кода. Например, оператор ввода данных, вывода данных, присвоения, сложения, вычитания и т.д. В настоящее время основой для создания программ является объектно-ориентированное программирование, где основным элементом программы является объект, а операторы управляют его работой. Объект – это элемент программы, имеющий своё отражение на экране монитора в графическом виде (например, диалоговое окно или график). Одними из первых авторов этого направления в программировании являются известные фирмы Apple и Microsoft. Программный комплекс корпорации Microsoft в настоящее время представляет множество разных объектных программных комплексов, реализующих при работе графический интерфейс. Можно выделить наиболее значимые из программ, такие как Excel, Word, Access, PowerPoint и др. Из этих прикладных программ для проведения инженерных расчётов используется объектный программный комплекс MS Excel. Реализация в этом пакете объектно-ориентированного программирования осуществлена при помощи встроенного алгоритмического языка VBA (Visual Basic for Applications). В качестве объектов MS Excel рассматриваются такие как: Range (диапазон ячеек рабочего листа), Worksheet (рабочий лист), Workbook (рабочая книга), Сhart (диаграмма) и др. (всего свыше 190 объектов). Каждый объект имеет определённое свойство и метод. Свойство – это характеристика объекта, которая позволяет изменять параметры объекта. Так для окна в рабочего листа можно изменять размеры, местоположение на экране, цвет и т.д. Для установки нужного свойства сначала вводится имя объекта, далее через точку само свойство и после знака равенства значение свойства. Объект. Свойство = Выражение Windows. Height = 300 (хайт) Методы – это команды, которые производят действия над объектами. Например, выделить, копировать, переместить, удалить, вычислить и т.д. Они также отделяются от объекта точкой. Renge (“a1:c5”).Select Значит, программа, созданная при помощи объектно-ориентированного алгоритма, состоит из объектов, свойств и методов. В VBA существует иерархия объектов (контейнер) и в объектной модели Excel она состоит из 6 уровней: Application (приложение) Workbook (рабочая книга) Worksheet (рабочий лист) Range (диапазон ячеек) Cell (ячейка) Chart (диаграмма) Для активизации любого из объектов в контейнере нужно через точку записывать следующие друг за другом по иерархии объекты: Application. Workbook. Close Основные объекты VBA DialogSheets(“Диалог1”) – стандартное диалоговое окно Sheets(“Лист1”) –рабочий лист Сells(i,j) – ячейка рабочего листа Range(“a1:a10”).Select – диапазон ячеек ListBox(i) – список DropDown(i) – раскрывающийся список EditBox(i) – текстовое поле Labels(i) – метка Решение инженерных задач программными методами В качестве технологической задачи рассмотрена разработка методики расчёта основного времени обработки при точении to и влияние на неё длины обрабатываемой поверхности. Формула для расчёта Частота вращения шпинделя n определяется по зависимости: Скорость резания v для продольного точения имеет вид: Для решения необходимо создать объект в виде модели диалогового окна. Далее написать управляющие процедуры в виде программ для выполнения инженерного расчёта данного параметра и отображения результатов вычислительного процесса в окне диалога и в ячейках листа рабочей книги. На заключительном этапе нужно создать графические зависимости, показывающие влияние заданных технологически параметров на величину to. Блок-схема решения этой задачи, автоматизирующей расчёт основного времени обработки будет следующей. Для создания визуальных объектов в виде диалоговых окон необходимо иметь представление, что в MS EXCEL существуют готовые формы этих объектов. Эти формы находятся в рабочем листе MS EXCEL. Создание заготовки окна диалога (объекта) Для этого нужно при помощи правой клавиши манипулятора вызвать контекстное меню, кликнув на любом из ярлыков листа рабочей книги. В появившемся меню необходимо выбрать команду “Добавить…” и далее в активизировавшемся диалоговом окне запустить пиктограмму “Окно диалога”. В появившейся заготовке будущего окна диалога нужно начать моделировать его структуру, перетаскивая левой клавишей манипулятора готовые экранные формы из инструментальной панели “Формы” в зону заготовки стандартного окна. В создаваемой заготовке окна диалога экранные формы далее редактируются путём уменьшения или увеличения их размеров, а также их можно перемещать в пределах рабочей зоны окна. В данной задаче рационально использовать следующие экранные формы с инструментальной панели “Формы”: 1) надписи (метки) – Label; 2) текстовые поля – EditBox; 3) список – ListBox; 4) кнопки – Button Расчётные параметры, входящие в формулы будут располагаться в текстовых полях. Поэтому их должно быть столько, сколько параметров в формулах. При этом данные текстовые поля должны располагаться друг за другом в строгой последовательности. Модель заготовки стандартного диалогового окна Созданная визуальная модель позволяет решать следующие задачи: а) ввод исходных данных в текстовые поля; б) циклический расчёт to, при изменении одного параметра с последующим выводом результатов расчёта в экранную форму “ ListBox ”; в) передача результатов расчёта в ячейки рабочего листа; г) построение графиков по полученной числовой модели. На следующем шаге необходимо заставить экранные формы, помещённые в заготовку окна диалога выполнять требуемые вычислительные операции для решения поставленной задачи. Для этого нужно перейти к созданию процедур в виде программ, которые приведут в действие, помещённые в диалоговое окно диалога экранные формы. Управляющая процедура создаётся в редакторе Visual Basic. Последовательность открытия текстового редактора Visual Basic Сначала нужно открыть окно проекта VBA по маршруту: Сервис->Макрос-> Редактор Visual Basic Далее необходимо открыть модуль с текстовым редактором: Insert-> Module После перечисленных действий вычислительная система становится готовой для программирования. Т.е. на экране появляется текстовый редактор, а в дереве проекта новый объект Module1. Отдельные программные единицы создаются при помощи процедур в окне текстового редактора. Признаком начала процедуры является структура Sub имя процедуры (ф.п.), а признаком её завершения конструкция End Sub. Процедура запуска диалогового окна с последующей очисткой предыдущих результатов расчёта Процедура, осуществляющая расчёт и отображение результатов расчёта в рабочем листе и окне диалога в элементе “список” Для запуска процедуры “pusk “ необходимо присвоить её имя кнопке “пуск”, установленной в заготовке окна диалога. Для этого необходимо в заготовке окна диалога правой клавишей манипулятора открыть контекстное меню на кнопке “пуск”, в котором выбрать команду “Присвоить имя макросу” и из появившегося списка активных процедур активизировать имя процедуры “pysk”. Для визуализации влияния варьируемого технологического параметра на исследуемую величину необходимо создать процедуру, управляющую мастером диаграмм (Chart) и передающую в него числовые данные из ячеек рабочего листа. Элемент программного кода для вывода графика на экран 1. Моделирование маршрутного описания технологического процесса программными методами a. Постановка задачи В целом ТП, как объект проектирования представляется в виде иерархической структуры, разделённой на несколько взаимосвязанных уровней. Структура технологического процесса Такая декомпозиция процесса проектирования позволяет последовательно решать задачи на взаимосвязанных уровнях от формирования структуры ТП до расчёта размеров, режимов резания, норм времени и т.д. При этом полученные результаты на предыдущем уровне, являются исходной информацией для следующего уровня. Эта методика существенно упрощает все расчётные алгоритмы. !!!!!Исходя из представленной структуры, очевидно, что в области автоматизированного проектирования механообработки главной особенностью является многовариантность слабо формализованных проектных решений. Исходя из этих обстоятельств, проектирование ТП в основном представляет последовательный выбор самим проектировщиком типовых технологических решений в зависимости от условий производства и конструкторско-технологических параметров детали. Под типизацией следует понимать установление принадлежности процесса или объекта к определённому типу, имеющему в данных производственных условиях общую структуру операций и переходов. Можно выделить два уровня типовых решений: а) типизация обработки отдельных поверхностей; б) типизация всего технологического процесса. В зависимости от принятого того или иного типового решения для проектирования ТП используются три основных метода автоматизированного проектирования ТП: а) прямого проектирования; б) анализа; в) синтеза. Суть первого метода заключается в разработке проектных решений самим пользователем на всех стадиях процесса проектирования. Он выбирает типовые решения разных уровней из электронных баз данных в диалоговом режиме или запускает соответствующие расчётные алгоритмы. При этом используется первый уровень типизации. При разработке ТП на новые детали, не имеющие аналогов, используется либо первый, либо третий метод автоматизированного проектирования с максимальным увеличением доли компьютерного времени в процессе проектирования структуры механообработки. Обобщенный алгоритм данного процесса следующий: а) ввод описания чертежа детали; б) расчёт параметров исходной заготовки и моделирование геометрии; в) синтез маршрутов обработки поверхностей детали на основе принципиальной схемы ТП; г) формирование и упорядочение операций в маршруте обработки; д) выбор оборудования для упорядоченных операций; е) синтез схем базирования для упорядоченных операций; ж) расчёт размерных связей; з) выбор режущего и вспомогательного инструмента в операциях; и) упорядочение переходов в операциях и расчёт режимов резания; к) нормирование операций л) оформление технологической документации. Моделирование маршрутного описания ТП а) моделирование чертежа Описание чертежа детали является исходной информацией для проектирования ТП. Для реализации этого этапа проектирования может рассматриваться графическая система, связанная с модулем проектирования технологии. В частности можно эффективно использовать пакет AutoCad. Для ускорения процесса моделирования электронного чертежа предварительно создаётся числовая модель основания детали. Она представляет собой множество упорядоченных кортежей, состоящих из длин элементов детали Li и её диаметров Di. R = {, , … , }. Таких множеств для осесимметричных деталей должно быть два. Одно описывает наружный контур, другое внутренний. Диалоговое окно для ввода параметризованной числовой модели с использованием алгоритмического языка VBA может иметь следующий вид. Далее числовая модель, зафиксированная в текстовых полях окна диалога, должна быть передана в графическую систему (в данном случае при помощи кнопки “в чертёж”). В активизированной графической системе далее нужно провести отрисовку геометрического контура при помощи предварительно разработанной программы на одном из доступных в этой системе алгоритмических языков. В системе AutoCad инструментальная панель для запуска пользовательских программ моделирования геометрии детали с его последующей доработкой в соответствии с требованиями ГОСТа может иметь следующий вид. В результате применения данного пользовательского программного комплекса на экране системы AutoCad формируется электронный аналог рабочего чертежа, как основного документа для проектирования технологического процесса. Этот аналог на следующем шаге может быть использован для процесса нумерации поверхностей, подлежащих обработке. В электронном виде эти два документа выглядят следующим образом. б) Моделирование исходной заготовки Перед формированием параметров исходной заготовки необходимо задаться способом её получения (в случае серийного производства рациональна штамповка в открытом штампе на прессе КГШП). В соответствии с этим способом получения заготовки плоскость разъёма штампа будет проходить посередине длины участка наибольшего диаметра, а отверстие, при равенстве его длины и диаметра и при его численном значении более 30 мм, можно проштамповать насквозь. Для назначения общих припусков на обрабатываемые поверхности и задания точностных параметров этих поверхностей необходимо установить исходный индекс заготовки. Для автоматизации процесса выбора этого параметра с использованием объектно-ориентированного программирования может быть разработано диалоговое окно следующего вида. Далее необходимо по чертежу определить те поверхности и их номера, которые останутся на исходной заготовке. На эти поверхности, используя механизм объектно-ориентированного программирования, назначаются общие припуски и допуски. Диалоговое окно, визуализирующее этот автоматизированный процесс, будет иметь следующий вид. На следующем шаге, используя диалоговое окно для отрисовки геометрической модели детали, формируется числовая модель исходной заготовки. Для реализации этого процесса к торцовым и диаметральным поверхностям на детали добавляются рассчитанные выше общие припуски. После введённой числовой модели исходной заготовки, она корреспондируется в чертёж и далее происходит её отрисовка, аналогично формированию контура детали, с последующей нумерацией поверхностей. Далее этот контур дорабатывается, в интерактивном режиме, средствами графической системы. В частности, моделируются формовочные уклоны до 50 для наружных поверхностей, до 70 для внутренних, а также проставляются номинальные размеры с симметричными отклонениями. Графическое изображение этого процесса имеет следующий вид. в) Синтез типовых маршрутов обработки поверхностей МОЭП – это последовательность переходов различных или одинаковых методов обработки необходимых для достижения требуемых чертежом параметров поверхности детали. Эти параметры характеризуют определённый этап обработки каждой поверхности. Следовательно, каждая поверхность для выполнения требований, заданных рабочим чертежом должна пройти n-этапов обработки. Между параметрами поверхности и методами обработки существует связь, описываемая функцией: Мi : Pi-1 -> Pi , которая задаёт технологическое преобразование поверхности с параметрами низкого качества Pi-1 в поверхность с более высоким точностным показателем Pi посредством метода Мi. Это можно описать графовыми моделями. М1 М2 Поверхность 2(торец) М1 М2 М3 М4 Поверхность 5(отв.) М1 М3 М3 Поверхность 7(нар.цил.) Используя данные графовые модели рационально сформировать таблицу с маршрутами обработки каждой элементарной поверхности, где методы обработки будут определять конкретный этап обработки. I этап II этап III этап IV этап 14-12 кв. Ra (≥6,3) 11-10 кв. Ra (6,3-3,2) 9-8 кв. Ra (3,2-1,6) 7-6 кв. Ra (1,6-0,8) Подрезать предварит. Подрезать окончательно Расточить предварит. Расточить окончательно Развернуть предварит. Развернуть окончат. Точить предварит. Точить окончательно Шлифовать однокр. Табличный алгоритм является более удобной моделью для программирования. Выбор требуемых вариантов МОЭП для формирования этой таблицы должен осуществляться программой автоматически путём сравнения параметров обеспечиваемых завершающим методом обработки с параметрами детали, заданными чертежом. Модель диалогового окна, автоматизирующая эту часть проектирования, будет иметь следующий вид.