Формализованный подход к автоматизированному выбору технологических баз

Глинская Нина Юрьевна – кандидат технических наук, доцент Оренбургского государственного университета. (ОГУ, г.Оренбург)

Какаева Валентина Юрьевна – магистрантка Оренбургского государственного университета. (ОГУ, г.Оренбург)

Аннотация: В статье рассматривается подход к решению задачи автоматизированного выбора технологических баз, реализованный в описываемом программном продукте.

Ключевые слова: Автоматизация проектирования, комплект технологических баз, матрица лишаемых степеней свободы.

Системы автоматизированного проектирования, в том числе системы проектирования технологических процессов являются неотъемлемой частью систем технологической подготовки современных машиностроительных предприятий.

Однако представленные сегодня на рынке программного обеспечения отечественные системы проектирования технологических процессов, как правило, представляют собой специализированные редакторы, позволяющие формировать технологическую документацию. Уровень автоматизации проектирования в таких системах низок; практически все решения, связанные с проектированием структуры технологического процесса, принимает технолог. Одной из основных причин низкого уровня автоматизации принятия технологических решений является крайне низкий уровень формализации процесса технологического проектирования.

Одной из основных задач при разработке маршрута механической обработки является задача выбора баз. В процессе механической обработки, как правило, деталь лишается шести степеней свободы. Это обстоятельство позволяет формально представить задачу выбора комплекта технологических баз, как задачу поиска совокупности поверхностей, лишающих деталь шести степеней свободы. Причем, на начальных этапах решения задачи можно абстрагироваться от принятых в технологии машиностроения закономерностей выбора баз, введя их на более поздних этапах в качестве ограничений.
Исходя из предположения, что любая поверхность может играть роль базовой, необходимо получить информацию о том, каких степеней свободы может лишать каждая поверхность. Для формализованного представления такой информации необходимы данные о расположении поверхностей детали в заданной системе координат и габаритных размерах поверхностей. Эти данные могут быть получены различными способами, например, с использованием обменного файла стандарта STEP[1]. Частью описания поверхности в этом стандарте являются коэффициенты уравнения нормали к поверхности, которые могут быть использованы в каноническом задании плоскости. Каноническое задание плоскости задается уравнением

Ax+By+Cz+D=0     (1)

У плоскостей, параллельных координатным плоскостям только один из коэффициентов при переменных x, y и z равен 1, остальные равны нулю. Эта единица и будет указывать, вдоль какой координатной оси будет лишать возможности перемещения данная плоскость. Соответственно, имена переменных, у которых коэффициенты равны нулю будут указывать оси, вокруг которых эта плоскость лишит возможных поворотов.

Рисунок 1. Пример ориентации поверхностей.

При описании цилиндрической и конической поверхностей, в обменном файле, единичный коэффициент в задании ориентации вектора нормали соответствует оси вращения поверхности. В данном случае, именно в этом направлении ограничения движения не будет, а относительно двух других координатных направлений ограничиваются и линейные и угловые перемещения.

Таким образом, из матрицы, задающей ориентацию поверхностей, может быть получена матрица лишаемых степеней свободы (рисунок 2). Лишаемые степени свободы определялись по максимуму, то есть плоскость может лишать трех степеней свободы, а цилиндрическая поверхность – четырех.

Рисунок 2. Получение матрицы лишаемых степеней свободы.

Получение данной матрицы является первым шагом алгоритма решения задачи.

На втором этапе работы алгоритма определения всех комплектов баз необходимо получить совокупности поверхностей, для которых вектор лишаемых степеней свободы содержит все единицы. Поиск производится путем поэлементного логического сложения строк (но не более трех). Номера этих строк формируют всевозможные комплекты баз.

Надо отметить, что при базировании с использованием цилиндрических наружных и внутренних поверхностей, возможны несколько ситуаций. Для внесения большей определенности в качестве исходной информации задается тип детали: корпусная или тело вращения.

Для корпусных деталей внутренние цилиндрические поверхности могут входить в типовой комплект баз «плоскость и два отверстия». Оси вращения в этом случае перпендикулярны плоскости. В матрице лишаемых степеней свободы эти отверстия имеют одинаковые шестимерные векторы. При формировании комплекта от первого отверстия выбиралась линейные связи, от второго – угловая.

У деталей коробчатой формы в конструкции встречаются опоры или бобышки, которые в совокупности могут играть роль установочной базы. Для выявления таких совокупностей поверхностей производится сравнение не более 3 строк по координате Z и размеру по высоте Z0.

Из полученного списка необходимо выбрать лишь возможные комплекты баз. Первым критерием отбора является повторяемость комплекта для нескольких поверхностей (рисунок 3).

Рисунок 3. Окно получения возможных комплектов баз.

Затем на полученный список комплектов баз накладывается еще одно ограничения связанное с матрицей размерных связей. Данная матрица является единичной матрицей. В которых на пересечении соответствующих строк и столбцов ставятся единицы. Если соответствующие им поверхности соединены на чертеже размером. Из полученной матрицы выбираются столбцы или строки, содержащие больше количество единиц. Затем из отобранного числа комплектов выбираются те, в которые входят поверхности, выбранные из матрицы размерных связей.

На последнем этапе производится определение названия базовых поверхностей, входящих в комплект, в соответствии с лишаемыми степенями свободы. 
Любая цилиндрическая деталь имеет две плоскости симметрии, которые, пересекаясь, образуют ось. Эта особенность и позволяет использовать при базировании цилиндрической детали в качестве базы ось.

В качестве исходных данных используются: номер, тип поверхности, диаметр, длина и ориентация поверхностей.

Далее определяется длина всей детали и средняя величина диаметра. По отношению длины к диаметру, определяется, роль какой базы будет играть ось: двойной опорной или двойной направляющей. Плоские торцовые поверхности соответственно будут установочными или опорными.

Предложенный алгоритм решения задачи выбора баз является первой версией решения и будет в последующем доработан в направлении увеличения числа ограничений накладываемых на возможный комплект баз.

Список литературы:

1. Глинская, Н. Ю. Проблемы формализации основных задач технологического проектирования и подходы к их решению / Н. Ю. Глинская, В. В. Елагин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук.- 2011.- Т 13, №1(3) (39).-С. 558-562.