Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов» для студентов специальности «Технология машиностроения»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический

университет имени И.И. Ползунова»

Н.П. Щербаков

Автоматизированное проектирование

технологического процесса механической

обработки детали

на учебно-промышленной САПР ТП

Методические указания

по выполнению лабораторных работ по курсу

«Системы автоматизированного проектирования

технологических процессов»

для студентов специальности «Технология машиностроения»

направления «Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств» и «Технология,

оборудование и автоматизация машиностроительных

производств»

Барнаул 2006

УДК 681.51 (075.5) Щербаков Н.П. Автоматизированное проектирование технологического процесса механической обработки детали на учебно-промышленной САПР ТП. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов» для студентов специальности «Технология машиностроения» направления «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.- 32 с.

Сформулирована цель работы, приведено описание САПР ТП и методики выполнения комплексной лабораторной работы «Автоматизированное проектирование технологического процесса механической обработки детали на учебно-промышленной САПР ТП», представлены контрольные вопросы и определены требования к оформлению отчета.

Рассмотрены и одобрены на заседании

кафедры «Технология автоматизированных

производств», протокол № 2 от 11 ноября 2005 г.

Рекомендованы комиссией

менеджмента качества образования

инженерно-физического факультета АлтГТУ

Рецензент Е.Ю. Татаркин, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Общая технология машиностроения» АлтГТУ им. И.И. Ползунова

ISBN 5-8173-0186-5

©
Алтайский государственный технический университет им. И.И.

Ползунова

©
Н.П. Щербаков

1 Общие положения

Наименование работы.

Студентами по курсу «САПР ТП» выполняется одна комплексная лабораторная работа «Автоматизированное проектирование технологического процесса механической обработки детали на учебно-промышленной САПР ТП»
в течение четырех занятий (17 часов).

Занятие 1.

Знакомство с учебно-промышленной САПР ТП, ее составом, структурой, головным меню. Выполнение задачи «паспорт», «описание детали», «выбор заготовки» (4 час.).

Занятие 2.

Выполнение задачи «проектирование маршрута» (4 час.).

Занятие 3.

Выполнение задачи «проектирование технологических операций» (4 час.).

Занятие 4.

Формирование комплекта технологической документации в САП ТД. Отработка корректирующих и предупреждающих мероприятий. Оформление и сдача отчета по лабораторной работе. (5 час.).

Цель работы.

Изучение учебно-промышленной САПР ТП. Освоение методики автоматизированного проектирования технологического процесса механической обработки на учебно-промышленной САПР ТП.

Предмет и содержание работы.

1) Учебно-промышленная САПР ТП. 2) Проектирование технологического процесса механической обработки детали.

Оборудование, технические средства.

Программно-аппаратный вычислительный комплекс на базе персонального компьютера.

Инструмент.

Учебно-промышленная САПР ТП (г. Томск)

2 Описание учебно-промышленной САПР ТП

Система автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) представляет комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование.

САПР ТП разработана в г. Томске под руководством А.Л. Кривошеина, адаптирована в АлтГТУ им. И.И. Ползунова для целей учебного процесса. Она предназначена для автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП) механообработки и подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Основной областью применения САПР ТП является механообрабатывающее производство различной степени автоматизации. Допускается применение системы для автоматизированной разработки ТП листоштамповки, сварки, сборки и других, а также использование инструментальных средств системы для решения различных прикладных задач (экономические, информационно-поисковые и т.п.).

Главным выходным продуктом САПР ТП является библиотека ТП, которая представляет собой не систематизированный набор файлов ТП. В перспективе будет разработан банк технологических процессов (БТП), т.е., принята ориентация на "безбумажную" технологическую документацию. БТП это совокупность информационных моделей индивидуальных (единичных), типовых и групповых ТП. Информационная модель ТП (ИМТП) это набор специальным образом организованных данных, в котором содержится вся информация о ТП, состав которой определяется соответствующими стандартами. Дополнительно в ИМТП хранится информация, предназначенная для использования самой САПР ТП, а также другими смежными автоматизированными системами технологической подготовки и управления производством.

В САПР ТП обеспечивается автоматическая подготовка текстовых технологических документов в соответствии со стандартами ЕСТД-2 и управляющих программ в формате систем ЧПУ.

САПР ТП обеспечивает повышение производительности труда технологов по разработке ТП и управляющих программ в 3...10 раз, в отдельных случаях до 50 раз.

Состав системы.
САПР ТП представляет комплекс средств программного и информационного обеспечения. При разработке системы была принята ориентация на создание инструментальных средств (структурированный набор программных средств) для разработки конкретных САПР ТП. Эти инструментальные средства дают возможность разработки САПР ТП специалистами-предметниками (технологами), не имеющих глубоких знаний в области программирования. Такие возможности предоставляют специально разработанные язык технологических алгоритмов и язык описания данных.

Инструментальные средства САПР ТП представляют собой развитую систему программирования, проблемно ориентированную на технологические САПР, в состав которой входят ряд подсистем:

· транслятор с языка технологических алгоритмов;

· система подготовки баз данных:

- описание данных в диалоговом режиме;

- описание данных в пакетном режиме;

- транслятор таблиц баз данных;

- извлечение таблиц из баз данных;

- занесение таблиц в исходную базу данных;

· построитель базы знаний, предназначенный для создания и модификации базы знаний;

· редактор связей, предназначенный для установки связей (в виде адресов таблиц и столбцов) базы знаний с информационной моделью технологического процесса (ИМТП) и с базой данных;

· уравнитель ИМТП, дающий возможность при модификации ИМТП в сторону увеличения использовать ранее спроектированный ТП;

· подсистема оперативного просмотра результатов проектирования;

· подсистема проверки структуры ТП;

· подсистема графического отображения, предназначенная для графического контроля результатов проектирования;

· исполняющая система, служащая для реализации алгоритмов базы знаний;

· отладчик исполняющей системы (для отладки программ, написанных на языке технологических алгоритмов).

Не исключается возможность использования инструментальных средств в различных смежных прикладных задачах.

Базовый комплект системы состоит из информационного обеспечения базы данных (БД) и базы знаний (БЗ).

БД содержит данные по средствам технологического оснащения и справочно-нормативную информацию. БД включает группы данных различной степени интеграции:

· типовые ТП;

· типовые маршруты, операции и переходы;

· массивы текстов для описания технологии;

· массивы описания средств технологического оснащения (оборудования, оснастки, инструмента и т.д.);

· справочники по режимам резания и трудовым нормативам.

БЗ представляет собой набор технологических алгоритмов, на основании которых реализуется проектирование ТП или решение какой-либо другой задачи. БЗ состоит из отдельных модулей, написанных на языке технологических алгоритмов.

БЗ реализована в виде трех подсистем:

· подсистема проектирования ТП;

· подсистема оформления технологической документации;

· подсистема для ручной коррекции ТП.

Подсистема проектирования ТП (ППТП) представляет собой комплекс, включающий входной язык проектировщика и пакет прикладных программ на языке технологических алгоритмов. Программы ППТП выполняют обработку входного языка, базы данных и базы знаний с целью реализации процедур проектирования. Выходным продуктом ППТП является информационная модель ТП.

Подсистема оформления технологической документации - пакет прикладных программ на языке технологических алгоритмов, предназначенных для обработки информационной модели ТП и БЗ с целью получения твердых копий технологической документации.

Комплекс технических средств.
Программное и информационное обеспечение САПР ТП ориентировано на эксплуатацию на ЭВМ типа IBM PC-AT(XT). Используются стандартные периферийные устройства. Минимальная емкость оперативной памяти ЭВМ для функционирования системы 450 Кбайт, внешней памяти 8 Мбайт.

Состав языковых средств.
Запуск системы осуществляется средствами операционной системы. В системе используются три языка:

· язык технологических алгоритмов (ЯТА);

· язык описания данных (ЯОД);

· входной язык проектировщика (ВЯП).

ЯТА это язык, с помощью которого производится описание алгоритмов процедур проектирования. ЯТА является инструментом технолога для создания, настройки и развития САПР ТП. Для написания алгоритмов на ЯТА не требуется углубленной подготовки в области программирования.

Исходные тексты на ЯТА готовятся в режиме текстового редактора и обрабатываются транслятором в пакетном режиме для после-дующего включения в базу знаний.

На ЯТА описываются все проектные процедуры САПР ТП, а также входной язык проектировщика. Задачи, решаемые на ЯТА, самые разнообразные. Общим является то, что на ЯТА устанавливается соответствие между какими-то входными признаками и выходными результатами. Например, "если обработка токарная, то нужно применять токарный станок".

Ввод данных в базу данных возможен в двух вариантах: интерактивном (диалоговом) и пакетном. Соответственно этому имеется и две составные части ЯОД.

ЯОД выполняет следующие основные задачи:

· описание структуры данных;

· ввод данных;

· сборка и трансляция данных.

При использовании интерактивного ввода данные готовятся непосредственно в ходе диалога с ЭВМ. При этом производится синтаксический контроль вводимой информации с точки зрения ее типа. Работа ведется в режиме "вопросников" или "меню".

При использовании пакетного ввода исходные данные готовятся в режиме текстового редактора ЭВМ и обрабатываются транслятором для последующего включения в базу данных.

ВЯП предназначен для работы с САПР ТП конечного пользователя - технолога-проектировщика.

К ВЯП предъявляются высокие требования по диагностике, сервису, эргодинамике, реактивности. На всех стадиях проектирования технолог-проектировщик обеспечивается справочной информацией по ВЯП с помощью специальных директив.

ВЯП строится по глобально-локальной структуре. Одна часть языковых конструкций распространяется на проектирование всего ТП, другая часть действует только в пределах каких-то локальных областей процедуры проектирования (например, язык геометрического описания деталей только на уровне переходов). Допускается использование языковых конструкций, имеющих одинаковое внешнее представление, но различное семантическое содержание в различных локальных частях процедуры проектирования.

Языковые конструкции ВЯП и его интерпретация реализуются на ЯТА.

На ВЯП описываются общая стратегия (концепция) построения ТП, конструктивные признаки детали, организационно-технологическая среда.

В ВЯП предусмотрены две внешние формы представления, имеющие адекватное семантическое содержание и полностью или частично пересекающиеся "меню" и "вопросники".

Режим "меню" строится по принципу "деревьев", когда выбор какого-либо решения из "меню" определяет маршрут дальнейшего движения. Сценарий "меню", структура "деревьев", внешняя форма представления и семантическое содержание описывается на ЯТА. Вы бор нужного решения их "меню" применяется в двух вариантах:

· путем ввода номера этого решения;

· путем ввода одной или нескольких первых букв решения (остаток система разворачивает сама).

Режим "вопросников" применяется в том случае, когда решения не входят в достаточно ограниченное множество. Например, при вводе числовой информации. "Вопросники" строятся по линейно-последовательной структуре. Сценарий, форма представления и семантическое содержание "вопросников" описываются на ЯТА.

ВЯП является интегральным, многоуровневым языком. Он включает языковые конструкции различного уровня: от описания операций и переходов до описания отдельных элементарных данных. Это придает языку большую гибкость в сочетании с высокой степенью автоматизации проектных процедур.

Основой ВЯП является обеспечение максимальной "дружественности" САПР ТП к технологу-проектировщику.

Режимы работы.
В системе САПР ТП предусмотрено несколько режимов работы. Конкретный режим работы выбирается проектировщиком. Укрупненно режимы работы можно разделить на две группы:

· режим разработки, настройки и развития САПР ТП;

· режимы работы для администратора системы;

· режим проектирования ТП;

· режимы работы для конечного пользователя системы технолога-проектировщика.

Первая группа режимов состоит из работы с базой знаний и базой данных.

Работа с базой знаний.
Технологические алгоритмы записываются на специальном языке ЯТА, транслируются и заносятся в базу знаний (БЗ). БЗ организована по глобально-локальной структуре. В режиме работы с БЗ выполняются следующие задачи:

· подготовка исходных текстов на ЯТА (выполняется средствами обычного текстового редактора);

· трансляция исходных текстов на ЯТА (выполняется с помощью специальной задачи транслятора с ЯТА);

· занесение оттранслированных технологических алгоритмов БЗ с помощью построителя БЗ.

Работа с базой данных.
В этом режиме решаются следующие задачи:

· подготовка исходной информации на ЯОД в виде исходного текста, подготовленного в текстовом редакторе или путем диалога с ЭВМ;

· трансляция исходных данных;

· "сборка" базы данных (БД). При "сборке" БД производится контроль на неповторяемость и на непротиворечивость данных;

· модификация БД. Она производится методами "вопросников" и состоит в удалении столбцов таблиц, "склеивании" таблиц, переименовании и т.п.

Режим проектирования ТП.
Основным режимом САПР ТП является режим проектирования ТП. В этом режиме предусматриваются следующие возможности:

· прерывание проектирования в любом состоянии проектируемого ТП, просмотр результатов проектирования в любое время, фиксация прерванного состояния путем записи информационной модели ТП на устройствах внешней памяти ЭВМ;

· возобновление процесса проектирования из любого зафиксированного состояния.

Проектирование ТП состоит из следующих режимов:

· проектирование или редактирование ТП;

· подготовка текстовой технологической документации.

В САПР ТП используются следующие методы проектирования ТП:

· автоматизированное проектирование с использованием специального языка описания детали;

· автоматизированное проектирование в интерактивном (диалоговом) режиме с использованием метода "меню";

· автоматическое проектирование в режиме стыковки САПР ТП с САПР конструктора;

· автоматическое проектирование типизированных деталей по табличному чертежу.

В процессе проектирования в САПР ТП решаются следующие задачи:

· проектирование заготовок;

· проектирование маршрута;

· автоматический выбор станка, режущего, вспомогательного и измерительного инструмента;

· автоматический расчет режимов резания и норм времени;

· генерация управляющих программ;

· генерация комплекта технологической документации;

· отображение контура детали и траектории движения инструмента на экране дисплея или графопостроителя;

· сопряжение с системами АСУ.

Возможно редактирование спроектированного или загруженного из внешней памяти ТП. Редактирование выполняется на том же языке, что и проектирование. При редактировании "старая" информация бесследно исчезает и вместо нее записывается "новая" информация.

Программа подготовки текстовой документации обеспечивает автоматическую распечатку всего ТП, а также распечатку отдельных документов или отдельных листов ТП. При необходимости имеется возможность просмотра технологических документов на экране дисплея.

3
Общая последовательность проектирования

САПР ТП является высокоинтеллектуальной системой, предназначенной для освобождения технологов от рутинного труда при разработке ТП и составлении управляющих программ для станков с числовым программным управлением.

Начинать проектирование следует имея перед собой конструкторский чертеж детали. Конечным результатом работы САПР ТП является получение распечатки ТП, управляющей программы и карты наладки на обработку. На магнитном диске ЭВМ остаются также текстовые файлы с управляющими программами и бланками.

Структурно САПР ТП состоит из базы знаний, базы данных, информационной модели ТП, планировщика и исполняющей системы.

Запуск САПР ТП производится средствами операционной системы. После загрузки исполняющей системы на экране высвечивается вопрос: введите имя файла ТП. Проектировщик вводит имя проектируемого ТП (имя до восьми символов, расширение до трех символов). На запрос пароля нажать

клавишу Enter. При этом информационные поля дисплея выглядят следующим образом:

1 информация о решаемой задаче;

2 состав головного меню системы;

3 поле управляющих директив;

4 поле диагностических сообщений и сообщений об ошибках;

5 информация текущих расчетов и запросов.

Головное меню САПР ТП включает в себя:

· титульный лист (паспорт);

· описание детали;

· проектирование заготовки;

· проектирование маршрута;

· проектирование операций;

· технологические инструкции;

· просмотр ТП;

· формирование файла для АСУ;

· администратор САПР;

· прикладные задачи;

· ручное редактирование ТП;

· дополнительные задачи;

· справка по задачам;

· регистрация изменений ТП;

· конец работы.

В системе функционирует режим "меню". Выбор какого-либо данного осуществляется выбором строки, в которой это данное располагается.

При вновь проектируемом ТП рекомендуется придерживаться логической последовательности задач, предлагаемых системой, хотя в общем случае проектирование можно вести в любой последовательности. В случае невозможности проектирования из-за нарушения последовательности задач, система предупредит об этом.

Задача "Титульный лист (паспорт)"
. Она необходима для занесения в ТП данных, которые впоследствии печатаются на титульный и другие листы ТП в отведенные для них места. В этой задаче в ТП вносятся: 1. Разработчик. 2. Проверил. 3. Начальник технологического бюро. 4. Нормировщик. 5. Контрольный мастер. 6. Литера ТП. 7. Главный инженер. 8. Главный технолог. 9. Заказчик. 10. Нормоконтролер. 11. Начальник отдела техники безопасности (ОТБ). 12. Начальник отдела материального снабжения (ОМС). 13. Руководитель отдела труда и заработной платы (ОТИЗ). 14. Главный метролог. 15. Начальник отдела технического контроля. 16. Главный сварщик. 17. Дата раз работки ТП. 18. Дата внедрения ТП. 19. Номер акта внедрения ТП. 20. Единица нормирования (мин). 21. Единица измерения массы (кг). 22. Обозначение комплекта ТП. 23. Межцеховой маршрут. 24. Номер изделия. 25. Инвентарный номер ТП.

Ведение информации производится на русском языке заглавными буквами. Проектировщику предоставляется возможность управления и редактирования информации паспортных данных путем использования управляющих директив:

· оставить (утверждение решения и выход);

· смотреть (просмотр результатов по задаче);

· редактировать (изменение результатов вручную);

· перепроектировать (удалить и проектировать заново);

· помощь (помоги, лекция, имя файла, конец).

Задача "Описание детали"
. На этом этапе технолог-проектировщик должен ввести в систему следующие данные: 1. Наименование детали. 2. Обозначение (шифр) детали. 3. Масса детали. 4. Габаритный диаметр детали. 5. Габаритная длина детали. 6. Стандарт на обозначение допусков (ГОСТ, ОСТ). 7. Обозначение квалитета на свободные размеры: вал -
Н14, отверстие Н14, остальные +-IT14 2. 8. Единица нормирования нормы расхода материала. 9. Объем партии для нормирования.

По окончании ввода данных предлагаются дальнейшие варианты работы в зоне управляющих директив дисплея:

· оставить;

· смотреть;

· редактировать;

· помощь.

Задача "Проектирование заготовки"
. При запуске этой задачи система выдает сообщение: заготовка не спроектирована и "меню" управляющих директив:

· проектировать;

· редактировать;

· смотреть;

· оставить;

· помощь.

При выборе "проектирование" в поле управляющих директив разворачиваются следующие методы получения заготовок:

· литье;

· поковка;

· штамповка;

· сортамент.

Технолог-проектировщик выбирает метод получения заготовки. Далее запрос системы: 1. Марка материала (с чертежа детали или "ввод", при этом раскрывается меню марок материалов; выбрать не обходимый и "ввод"). 2. Профиль. 3.Масса заготовки. 4. Количество деталей в заготовке. 5. Норма расхода материала. 6. Коэффициент использования материала. 7. Вид заготовки и материал. Позиции 5,6,7 выполняются и выдаются системой автоматически. При этом управляющие директивы остаются прежними (см. выше).

Задача "Проектирование маршрута"
. Возможны три режима проектирования маршрута (они отражены в поле управляющих директив):

· автоматический;

· меню;

· типовой маршрут.

При автоматическом проектировании маршрута обработки система последовательно выдает запросы:

· включать в маршрут токарные операции? (управляющие директивы: да, нет, помощь);

· квалитет наиболее точной поверхности вращения детали (если токарные операции включены);

· включать в маршрут фрезерные операции? (управляющие директивы: да, нет, помощь);

и так далее по всем имеющимся технологическим операциям.

Затем: введите технические требования - количество термообработок.

Выберите покрытие детали: 1. Гальваническое. 2. Лакирование. 3. Пропитка (задать номер и "ввод").

Выберите маркировку детали: 1. Краской. 2. Биркой. 3. Чертилками. 4. Электрографом. 5. Машинная гравировка. 6. Ручная гравировка. При этом управляющие директивы:

· редактировать;

· смотреть;

· оставить;

· помощь.

После выбора соответствующей управляющей директивы очередной запрос системы:

· использовать оборудование токарное с ЧПУ? (управляющие директивы: да, нет, помощь);

· использовать оборудование фрезерное с ЧПУ? и т.п.

После чего сообщение системы: "маршрут спроектирован". Выполняется нумерация маршрута и поиск константных данных, и на экран выводится спроектированный маршрут. Технолог-проектировщик принимает решение, используя управляющие директивы:

· номер цеха (редактирование номера цеха);

· смотреть;

· оставить;

· редактировать;

· изменить (замена элемента);

· помощь.

При использовании управляющей директивы "изменить" последовательно из маршрута на экран дисплея выдается номер и название операции и поле управляющих директив:

· оставить;

· удалить (удаление текущей строки);

· вставить (вставить выше текущего);

· добавить (добавить ниже текущего);

· назад (возвращение к предыдущему);

· смотреть;

· кончить (выйти из текущей задачи);

· * (удалить все последующие операции);

· номер (корректировка номера операции);

· помощь.

Проектирование маршрута в режиме "меню" организовано на двух уровнях. На первом уровне технолог, глядя на чертеж детали, выбирает номер и наименование тех групп операций, которые по его мнению необходимы для изготовления детали. Системой на экран дисплея выводятся двадцать три группы операций: 1. Заготовительные. 2. Токарные. 3. Фрезерные. 4. Сверлильно-расточные. 5. Шлифовальные. 6. Зубообрабатывающие. 7. Долбежно-строгальные. 8. Контрольные. 9. Слесарные. 10. Термические. 11. Маркировочные. 12. Отделочные. 13. Промывочные. 14. Специальные виды обработки. 15. Прочие виды обработки. 16. Обработка давлением. 17. Испытательные. 18. Полировальные. 19. Литейно-прессовочные. 20. Транспортные. 21. Сборочные. 22. Сварочные. 23. Кооперация.

На втором уровне из последовательно вводимых групп операций выбирается конкретный вид операции. В итоге сообщение системы:

"маршрут спроектирован". Управляющие директивы:

· оставить;

· смотреть;

· редактировать;

· перепроектировать;

· помощь.

В режиме "типовой маршрут" система выводит на экран дисплея запрос: "имя типового маршрута или меню". В базе данных САПР ТП имеются типовые маршруты обработки наиболее распространенных де талей общемашиностроительного применения. Выбранный типовой маршрут появляется на экране дисплея и далее с помощью управляющих директив:

· номер цеха;

· смотреть;

· оставить;

· редактировать;