Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

МЕТОД ОПИСАНИЯ ИЗДЕЛИЯ КАК ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА

Информация об изделии, приводимая в конструкторской докумен­тации, с точки зрения его изготовления, с одной стороны, избыточна, что мешает поиску требуемой информации, а с другой недостаточна. В свя­зи с этим необходим такой метод описания изделия, который отражал бы в явном виде то, что необходимо технологу для разработки технологии изготовления изделия.

Эта задача решается посредством представления изделия структури­рованным множеством МП и МС. Состав МП, МС позволяет определить технологические переходы, необходимые для изготовления модулей, а структура множества устанавливает связи между модулями, их относи­тельную ориентацию в детали и изделии, что необходимо для разработки технологических процессов изготовления деталей и сборки изделия.

В основе метода описания изделия структурированным множеством модулей лежит положение, что любое изделие представляет собой сово­купность МП и МС.

В этом проявляется единство огромного разнообразия машино­строительных изделий; различие заключается в составе модулей, их ха­рактеристик и относительной ориентации модулей. На этой основе появ­ляется возможность среди огромного разнообразия изделий установить закономерности строения изделий, являющиеся общими независимо от их назначения и конструктивного оформления, и разработать метод опи­сания изделия, который позволял бы абстрагироваться от частностей конкретных конструктивных решений, отражая их основные черты.

В основу такого метода должна быть положена схема замещения из­делия структурированным множеством МП и МС изделия.

С этой целью изделие следует рассматривать как конструкцию, представляющую собой совокупность сборочных единиц и деталей, обезличенных по своему функциональному назначению, где каждая де­таль - это подмножество МП, а образование любой сборочной единицы достигается с помощью соответствующих МС.

В качестве схемы замещения изделия воспользуемся графом иерар­хической структуры. Использование МП в качестве конечного элемента изделия позволит рассматривать последнее как упорядоченное множество модулей поверхностей в виде графа. Дія этого надо построить три графа: граф сборочных единиц и деталей изделия; граф деталей изделия; граф МП и МС изделия

Рассмотрим в качестве примера изделие, состоящее из трех сборочных единиц и пяти деталей.

Построение графа МГІ, МС изде­лия начинается с построения графа изделия как совокупности сборочных единиц (С) и деталей (Д). Дія этого проводится анализ сборочного чертежа изделия, в результате которого уста­навливаются связи между сборочными единицами и деталями и определяются, какие из них являются базирующими для других.

Граф строится следующим образом. На первом уровне (рис. 1.4.19) располагается базовая деталь изделия. На втором уровне располагаются детали и сборочные единицы, устанавливаемые на базовой детали; на третьем уровне располагаются детали и сборочные единицы, базой кото­рых являются детали или сборочные единицы предыдущего уровня и. т. д., до последней детали и сборочной единицы. Построенный таким обра­зом граф показывает состав деталей и сборочных единиц, их относитель­ное расположение и конструкторские базы.

Детали и сборочные единицы, являющиеся базами для других, от­мечаются двойными линиями. Однако этот граф не отражает характер соединения деталей и сборочных единиц, являющийся одним из важных элементов конструкции изделия, которые влияют на его качество и во многом определяют технологический процесс сборки изделия.

Отсутствие этой информации в графе делает неполным представле­ние об изделии. В связи с этим, чтобы установить все соединения деталей в изделии, надо заменить в графе сборочные единицы изделия совокуп­ностями составляющих их деталей, установить конструкторские базы деталей и, таким образом, определить их иерархию.

Граф деталей каждой сборочной единицы строится по той же мето­дике, что и предыдущий граф. На рис. 1.4.20 показан граф деталей изде­лия, где все сборочные единицы заменены соответствующими графами их деталей. На этом графе видна подчиненность деталей, а на ребрах ука­заны МС, с помощью которых происходит соединение соответствующих деталей.

Чтобы ввести в этот граф модули поверхностей, содержащиеся в де­талях изделия, следует в нем представить каждую деталь структуриро­ванным множеством МП в виде соответствующего графа.

Граф МП детали строится следующим образом. Сначала на основе анализа сборочного чертежа определяется служебное назначение каждой поверхности детали, которые затем объединяются в соответствующие МП. Далее определяется МПБ, являющийся комплектом основных баз детали, и устанавливаются МП, служащие конструкторскими базами для других МП.

На основе этой информации строится граф, где на первом уровне располагается МПБ, выступающий в роли комплекта основных баз дета­ли, на втором уровне размещаются МП, базой которых является МПБ первого уровня. На третьем уровне размещаются МП, базой которых яв­ляются МП второго уровня и т. д., до последнего МП.

На рис. 1.4.21 в качестве примера показан граф МП детали Д5, где двойной линией показаны МП, являющиеся конструкторскими базами для других МП. Полученный граф МП детали показывает номенклатуру
и число МП, входящих в состав детали, их конструкторские размерные связи, а приведенные на ребрах графа значения квалитета или допуска характеризуют уровень точности положения каждого МП относительно его конструкторской базы. Заменив в предыдущем графе все детали гра­фами МП, получим граф МП и МС всего изделия, приведенный на рис. 1.4.22.

С целью достижения большей компактности в графе (рис. 1.4.22) указаны только номера МП; их расшифровка должна указываться в от­дельной таблице.

Таким образом, представление изделия ориентированным множест­вом МП, МС позволяет абстрагироваться от его конкретного служебного назначения, конструктивного оформления и перейти к описанию содер­жания через состав МП и МС и внутренние связи между ними.

Использование такого графа позволяет получать информацию о структуре изделия, подчиненности сборочных единиц, деталей, МП, МС, о конструкторских базах, характере размерных связей, уровню их точно­сти и др.

Наличие классификаций МП, МС, где отличительными признаками являются их конструктивное оформление, размеры, требования к геомет­рической точности, качеству поверхностного слоя, позволит по графу установить не только номенклатуру МП, МС, но и характеристики, опре­деляющие технологию изготовления модулей.

Однако представление изделия графом имеет ряд таких неудобств, как необходимость в большом пространстве, большой объем графиче­ской информации (даже для изделий небольшой сложности), что делает граф труднообозримым. Поэтому всю информацию с графа изделия (с целью удобства ее оценки и анализа) целесообразно представить в бо­лее удобном и емком виде, например, в виде таблиц. Получение конечно­го графа, описывающего изделие на модульном уровне, осуществляется последовательным построением трех графов. Следовательно, и метод описания изделия должен включать эти этапы.

В общем случае граф иерархической структуры - это совокупность узлов, связанных ребрами. Дія описания информации об изделии, полу­чаемой с помощью графа, можно воспользоваться такими его характери­стиками как количество уровней, количество узлов на одном уровне и в ветви, разновидности ветвей и др. Перечисленные характеристики графа могут нести разную информацию в зависимости от того, множество ка­ких объектов изделия он отражает. Если воспользоваться этими характе­ристиками, то информацию с графа можно записать в табличной форме.

Таблица графа должна отражать состав сборочных единиц, деталей, МП. МС; состав сборочной единицы, состав МГІ каждой детали, конст­рукторские базы, иерархию сборочных единиц, деталей и МП.

Рассмотрим представление информации с графа МП, МС изделия, содержащего три сборочные единицы и пять деталей (см. рис. 1.4.22), в табличной форме.

Граф 1 изделия, представленного совокупностью сборочных единиц и деталей, изображен на рис. 1.4.19. Обозначим уровень графа буквой А, двойной линией - детали и сборочные единицы, выступающие в качестве баз для других деталей или сборочных единиц; тогда информацию о гра­фе сборочных единиц и деталей изделия можно записать в таблицу сле­дующим образом.

Базовой деталью изделия, как следует из графа, является детальні. Поэтому в табл. 1.4.5 в графе "Деталь" на уровне А\ записывается Д1. Надо отметить, что в общем случае в качестве базовой детали изделия может выступать и сборочная единица; в этом случае она будет записана в графе "сборочная единица".

Как следует из графа (см. рис. 1.4.19), на втором уровне располага­ются сборочные единицы С1 и С'2 и деталь Д2. Поэтому на втором уровне (/12) в графе "Сборочная единица" записываются С'1 и С'2. а в графе "Де­таль" - Д2. На графе видно, что базой О, С2 и Д2 является детальні. Чтобы отразить эту информацию при занесении сборочных единиц и де­талей в таблицу, они записываются в виде дроби. В числителе указыва­ются сборочные единицы и детали /-го уровня, а в знаменателе - их база, в качестве которой выступает деталь или сборочная единица предыдуще­го уровня (/- 1). Таким способом заполняются все уровни табл. 1.4.5.

Эта таблица показывает, что структура изделия состоит из четырех уровней, содержит три сборочные единицы и пять деталей. На первом уровне расположена деталь Д1, на втором уровне - сборочная едини­ца С1, сборочная единица С2 и деталь Д2. и у всех базой является деталь Д\ с первого уровня. На третьем уровне расположены сборочная единица СЗ и детали ДЗ, Д4; базой сборочной единицы СЗ и детали ДЗ является деталь Д2 со второго уровня, а базой детали Д4 является сборочная еди­ница СТ. На четвертом уровне расположена деталь Д5 с базой детали Д4 с третьего уровня.

Аналогично заполняются и таблицы второго и третьего графов.

Рассмотрим заполнение табл. 1.4.6 графа деталей изделия, представ­ленного на рис. 1.4.20. При заполнение таблицы такого графа деталь, входящая в сборочную единицу, может располагаться на одном уровне графа сборочной единицы, а на графе изделия на другом уровне.

Это различие должно найти отражение при заполнении таблицы. В связи с этим условимся разными буквами обозначать уровни разных графов. Для графа сборочных единиц и деталей изделия уровни обозна­чим, как условились ранее, буквой А, для графа деталей сборочной еди­ницы - буквой Б, и для графа деталей изделия буквой В, и для графа МП, МС изделия - буквой Г.

Информация с графа 2 (см. рис. 1.4.20) представлена в табл. 1.4.6. В ней рядом с дробным изображением двух деталей, в круглых скобках указан МС, по которому они соединяются.

В табл. 1.4.7 представлена информация о сборочных единицах С1, С2, СЗ, входящих в состав изделия. Информация с графа деталей сбороч­ной единицы записывается в таблицу аналогично табл. 1.4.6.

Как следует из графа 2, изделие содержит 12 деталей, расположен­ных на пяти уровнях, а номенклатура МС ограничена шестью наимено­ваниями.

Из графа 2 (см. рис. 1.4.20) видно, что структура изделия содержит пять ветвей:

Д1 --Д6-Д7 - Д4-Д5, Д\ - Д8 - Д9, Д\ - Д8 - Д10, Д\ - Д2-Д11 - Д12, Д\-Д2-ДЗ.

Наибольшая ветвь содержит 5 деталей, а наименьшая - 3 детали. Из них ветви 2 и 3 и ветви 4 и 5 параллельно связаны, так как имеют общие детали - в первой паре Д\ и Д8, а во второй паре Д\ и Д2. Эта информа­ция важна для разработки технологического процесса сборки.

Дія получения информации об изделии как объекте производства на этапе построения графа 2 следует ввести дополнительную информацию о характеристиках деталей изделия, которая заносится в отдельную табли­цу. К таким характеристикам, в первую очередь, относятся конструктив­ный вид детали (корпусная, тело вращения и т. п.), габаритные размеры, марка материала с указанием характеристики обрабатываемости мате­риала и др.

Эта информация дает представление технологу о возможных мето­дах обработки, требуемом инструменте и технологическом оборудовании для изготовления деталей.

В табл. 1.4.8 приведено описание графа МГІ, МС. Читать его надо следующим образом:

МГЦ расположен на 1-м уровне графа 3, он входит в состав детали 1, расположенной на 1-м уровне графа 2 и на первом уровне графа 1;

МГІ18 расположен на 2-м уровне графа 3, входит в состав детали 1, расположенной на 1-м уровне графа 2 и на 1-м уровне графа 1;

МГІ7 расположен на 2-м уровне графа 3, участвует в модуле соеди­нения МС4 и входит в состав детали 1, расположенной на 1-м уровне графа 2 и на 1-м уровне графа 1;

Два МП5 расположены на 2-м уровне графа 3, участвуют в МСЗ и входят в состав детали 1, расположенной на 1-м уровне графа 2 и на 1-м уровне графа 1;

МГІ8 расположен на третьем уровне графа 3, участвует в МС4, вхо­дит в состав детали 6, расположенной на 2-м уровне графа 2, входящей в состав сборочной единицы С1 на 1-м уровне;

Сборочная единица С'1 расположена на 2-м уровне графа 1; таким образом, деталь 6 участвует в составе графа 1 через сбороч­ную единицу С'1.

Аналогично описываются остальные модули поверхностей. Как следует из изложенного, граф МП, МС изделия дает всю ин­формацию, представленную предыдущими графами 1 и 2, так как на нем указаны и сборочные единицы, и детали изделия, и МС. Дополнительно граф 3 показывает состав МГІ всего изделия и каждой детали в отдельно­сти. Поэтому для получения информации об изделии как объекте произ­водства достаточно в сопроводительной документации указывать только один последний граф 3. Что касается графов 1 и 2, то они могут быть приведены только для облегчения изучения изделия. Это становится ак­туальным, когда изделие содержит значительное число деталей и сбороч­ных единиц.

Не менее важной информацией об изделии является знание о раз­мерных цепях. Как отмечалось в гл. 1.3, выявление размерных цепей, заложенных в конструкции изделия, является достаточно сложной и тру­доемкой задачей, не поддающейся автоматизации. Представление изде­лия в виде графа МГІ, МС существенно упрощает процесс выявления размерных цепей и открывает путь к его формализации и автоматизации.

На графе 2 деталей изделия (рис. 1.4.23) показаны контуры конст­рукторских размерных цепей. Пусть, к примеру, в качестве технических требований на изделие требуется обеспечить заданную точность относи­тельного положения деталей Д5. Д9 и деталей Д10, Д\ 1. Обозначим эти положения указанных деталей замыкающими звеньями соответственно

Ал и £д, как это показано на рис. 1.4.23. С помощью графа 2 без сбороч­ного чертежа изделия легко построить контуры их размерных цепей. Дія этого сначала надо принять ребра, соединяющие смежные детали, за зве­нья размерных цепей, как это показано на рис. 1.4.23, но это еще не раз­меры деталей, являющиеся составляющими звеньями размерной цепи, а лишь линии, связывающие детали, чьи размеры являются составляющи­ми звеньями.

На графе 2 можно видеть характер размерных цепей, их взаимосвя­зи. Например, размерные цепи А и Б являются параллельно связанными цепями, так как имеют общее звено А^Б2 и содержат соответственно шесть и четыре составляющих звена. Зная величину допуска на замы­кающее звено, можно определить величину среднего допуска Гср на со­ставляющие звенья. Чтобы их заменить на размеры между МП. надо вос­пользоваться графом МГІ, МС изделия (рис. 1.4.24). Для этого надо за расстояние между двумя деталями принять размеры, определяющие по­ложение двух МГІ, принадлежащих деталям, образующим звено размер­ной цепи. В качестве примера найдем размеры, являющиеся составляю­щими звеньями размерной цепи А. На графе 3 видны МП. которыми со­единяются детали, образуя МС:

Детали Д1 иД6 соединяются модулями МП7 с МП8, образуя МС4; деталиДб иД7 - модулями МП11 с МП12. образуя МС6; детали Д7 иД4- модулями МП8 с МП7, образуя МС4; детали ДА иД5 - модулями МГІЗ с МП4, образуя МС2; детали Д\ иД8 модулями МП5 с МП6, образуя МСЗ; деталиД8 иД9 - модулями МГІ2 с МГІ 1, образуя МО; детали Д8 иДЮ - модулями МП 10 и МП9. образуя МС5; деталиД1 иД2 - модулями МГІ5 с МГ16, образуя МСЗ; деталиД2 и Д\ 1 - модулями МГІ8 и МГІ7, образуя МС4; деталиДІ 1 и Д12 - модулями МГЦ с МП2, образуя МС1. После совмещения МГІБ, образующих МС, составляющими звенья­ми размерной цепи А будут размеры этих деталей, определяющие рас­стояние между соответствующими МПБ, один из которых является комплектом основных баз детали, а другой МГІ - комплектом вспомога­тельных баз, с помощью которого присоединяется к этой детали другая деталь.

На примере размерной цепи А ее звенья, как расстояния между соот­ветствующими МП, показаны на графе 3 (рис. 1.4.24), где: Ад - расстояние между МП21 (Д9) и МГІ25 (Д5), А \ - расстояние между МП25 (Д5) и МГІ4 (Д5), А2 - расстояние между МПЗ (ДА) и МП7 (ДА), А3 - расстояние между МП8 (Д7) и МП 12 (Д7), Аа - расстояние между МП11 (Д6) и МП8 (Д6), А$ — расстояние между МП7 (Д\) и МП1 (Д\), А6 - расстояние между МП1 (Д1) и МП5 (Д1), А7 - расстояние между МП6 (ДЪ) и МП2 (Д8), As - расстояние между МП1 (Д9) и МП21 (Д9). Отсюда следует, что размерная цепь А содержит восемь составляю­щих звеньев. Зная величину допуска на замыкающее звено, можно опре­делить величину среднего допуска на составляющие звенья. Число составляющих звеньев увеличилось на два звена. В заключение можно отметить, что с помощью графов и приведен­ных таблиц технолог сравнительно быстро получает достаточно подроб­ное и наглядное представление об изделии как объекте производства, а именно: о структуре изделия, степени его сложности, количестве сбороч­ных единиц, деталей, МП, МС, размерных цепях, их характеристиках и др.

Особенно актуален такой метод описания изделия в условиях авто­матизации технологической подготовки производства. Пользуясь изло­женной методикой, можно любое машиностроение описать в виде струк­турированного множества МП и МС. Рассмотрим применение методики на примере бурового долота.