Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих вариантов технологий изготовления деталей из профильного проката и определение основных задач по их совершенствованию ... 9
1.1. Номенклатура деталей из профильного проката, входящих в состав корпуса судна 9
1.2. Современные требования к оценке технологий изготовления деталей судового набора и определению направлений их совершенствования
1.3. Анализ технологии изготовления прямолинейных деталей судового набора в условиях автоматизированного ^ производства
1.4. Анализ существующих технологий изготовления гнутых деталей судового набора и определение задач по их совершенствованию применительно к условиям. автоматизированного производства 21
1.5. Выводы и постановка задач для исследования и разработки инженерных решений 30
2. Разработка решений направленных на совершенствование существующей автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката 33
2.1. Разработка решений направленных на увеличение объема применения на автоматизированной линии резки профильного проката без предварительной правки 34
2.2. Разработка решений направленных на снижение отходов профильного проката при производстве деталей 39
2.3. Определение состава организационно-технических мероприятий по совершенствованию подготовки производства деталей из профильного проката 45
2.4. Разработка конструкторско-технологических решений по совершенствованию операции скруглення острых свободных кромок вырезаемых деталей 51
2.5. Определение состава и содержания сопроводительной документации для повышения качества эксплуатации автоматизированной линии изготовления деталей из профильного проката
2.6. Выводы по результатам выполненных разработок 56
3. Исследование методов совершенствования технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката ... 57
3.1. Исследование формы изогнутого участка профильной заготовки в зоне между опорами пресса и определение теоретического значения величины гибочного припуска 58
3.1.1. Теоретическая модель деформации профильной полосы в зоне между опорами горизонтального пресса на первом шаге гибки 58
3.1.2. Экспериментальное обоснование геометрических параметров формы участка в зоне между опорами пресса и разработка метода определения значений гибочных припусков у профильных заготовок 72
3.2. Исследование способов повышения точности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации 77
3.2.1. Исследование методов разметки обрезов концов гнутых деталей на прямых заготовках 78
3.2.2. Определение оптимального количества точек для задания формы инверсных линий 84
3.2.3. Исследование значений оптимального перекроя инверсных линий 86
3. Исследование существующих схем выполнения процесса гибки, применяемых в современном гибочном оборудовании. 90
4. Работка проекта комплексно-автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката 101
1. Концепция интеграции производственных мощностей в рамках проведения работ по модернизации судостроительных предприятий 105
2. Принципиальная технология изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации 109
3. Разработка предложений по разработке схем автоматического управления существующим гибочным оборудованием ОАО «Балтийский завод»
1. Схема управления процессом гибки методом контроля за «плавающ ей» точкой
2. Совмещенная схема гибки на станке МГПС-25 и прессе «Pels» 118
4. Разработка содержания автоматизированной подготовки производства деталей судового набора из профильного проката 120
5. Расчет экономической эффективности от внедрения технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без припусков
Заключение 130
Список использованной литературы 133
- Современные требования к оценке технологий изготовления деталей судового набора и определению направлений их совершенствования
- Разработка решений направленных на снижение отходов профильного проката при производстве деталей
- Исследование способов повышения точности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации
- Принципиальная технология изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации
Введение к работе
Отечественное судостроение за последние 20 лет потеряло свое место на мировом рынке судов. Основными лидерами сегодня являются Япония и Южная Корея [8], [41] (рис. 1). 57 / ^"~^\^^^\Ік, \ / ^^^^^^*« \42'68
Рис. 1. Распределение объемов строительства судов между основными производителями
В результате, даже при наличии большой внутренней потребности России в судах, в настоящее время суда для российских потребителей часто заказываются на зарубежных верфях.
Среди основных причин, породивших сложившееся состояние, можно отметить следующие [31]: - на всех предприятиях отрасли основные производственные фонды устарели морально и физически. Производственное оборудование, возраст которого свыше 10 лет, составляет в общем парке оборудования около 65%. Большинство цехов и сооружений не соответствует требованиям современной технологии и организации производства. Все это привело к тому, что трудозатраты при строительстве судов и кораблей на отечественных верфях сегодня в 4-5 раз выше, а сроки строительства в 1,5-2 раза больше, чем на лучших зарубежных верфях; низкая рентабельность производства вследствие высокой доли накладных расходов в себестоимости выпускаемой продукции.
Сегодня достижение мировой цены на суда удается получить только за счет того, что оплата труда на отечественных судостроительных предприятиях в 5-6 раз ниже, чем за рубежом [31]. Однако анализ развития мирового рынка показывает, что все судостроительные предприятия, которые еще выигрывают за счет использования дешевой рабочей силы, постепенно будут терять свое преимущество в связи с неизбежными требованиями повышения уровня жизни.
В условиях рыночной экономики конкурентоспособность судостроения в значительной степени определяют стоимость и качество строящихся судов. Основу формирования стоимости составляют трудоемкость выполнения техпроцессов в рамках строительства судов и стоимость материалов. Поэтому борьба за их снижение является одной из главных задач совершенствования отечественного судостроительного производства. Сегодня руководители многих предприятий решают данную задачу путем внедрения новых организационных и технических решений в рамках реконструкции своих производственных мощностей. Одними из наиболее сложных с точки зрения уровня принимаемых инженерных решений традиционно являются технологии изготовления корпусных конструкций. Именно они во многом определяют сроки, материалоемкость и качество строительства судов. Имеющиеся отечественные научные достижения в данной области не во всех случаях способны дать однозначные ответы на вопросы, возникающие у руководителей заводов при проведении масштабной модернизации своих предприятий. Особенно это касается заводов, строящих как гражданскую, так и военную продукцию.
В настоящее время наибольших успехов отечественной науке удалось достичь в области совершенствования технологии вырезки деталей из листового металлопроката [8]. Еще в 70-е годы прошлого столетия были созданы первые отечественные машины с ЧПУ. Их внедрение позволило не только существенно сократить трудоемкость вырезки деталей, но и значительно снизило объем потребляемого листового металлопроката. Высокая точность резки положительно отразилась на качестве собираемых конструкций. Одновременно, использование МТР с ЧПУ открыло новое направление в совершенствовании подготовки производства, связанное с использованием информационных технологий и доказало целесообразность только комплексной автоматизации. В настоящее время проектирование судов и подготовка производства повсеместно ведется с использованием CAD/САМ систем. Сегодня заводы используют как отечественные, так и зарубежные разработки в области производства деталей из листового проката. Однако успех применения зарубежного оборудования и зарубежных CAD/CAM систем обусловлен прежде всего наличием большого отечественного опыта.
Несколько иная ситуация сложилась в вопросах совершенствования технологии изготовления деталей из профильного проката. Попытки создания оборудования для механизации и автоматизации изготовления таких деталей предпринимались[69], [39], но законченных комплексных решений так и не было получено. В частности, еще в 70-е годы в ЦНИИ ТС была разработана комплексно-механизированная линия изготовления деталей из профильного проката «Профиль» [69]. Для данной линии были созданы средства механизации всех операций по производству прямолинейных деталей судового набора. Одновременно, впервые была реализована технология изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием для задания и контроля формы вместо плазовых гибочных шаблонов так называемых графических шаблонов. Для их нанесения на профильные заготовки в составе линии использовалась специальная разметочная машина с ЧПУ «Стрела» (разработка ЦНИИТС). Данная линия была успешно апробирована на заводе «Северная верфь» (в то время завод им. А. А. Жданова), однако реализованные решения в дальнейшем не поддерживались. В те же годы предпринимались попытки создания и отечественного оборудования для автоматизированной гибки профильного проката [39]. Пресс МГ-400 был спроектирован ЦДИИТС по прототипу английского пресса «Хью Смит» [23]. Единственный экземпляр пресса был изготовлен и поставлен на Балтийский судостроительный завод. Однако из-за целого ряда причин в автоматическом режиме данный пресс так и не заработал. Решения по машине «Стрела» и прессу МГ-400 были заброшены и сегодня ни на одном заводе нет законченной отечественной технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без использования гибочных шаблонов. Необходимость производства шаблонов в условиях практического отсутствия плаза заставляла заводы самостоятельно придумывать новые способы производства гибочной оснастки. В результате накопились различные решения как в технологии изготовления деталей судового набора, так и в области выполнения подготовки производства.
С переходом на рыночные отношения заводы получили доступ к зарубежным технологиям и оборудованию. Это позволило Балтийскому заводу создать у себя с помощью немецкой фирмы IMG комплексно-автоматизированную линию по изготовлению прямолинейных деталей из профильного проката [23] (рис. 2). Завод «Северная верфь» закупил у немецкой фирмы IMG станок с ЧПУ - UFB 4000 для гибки профильного проката и сварных балок [62] (рис. 3). Однако опыт Балтийского завода и завода Северная верфь показал, что внедрение зарубежных технологий и оборудования не возможно без серьезной их адаптации к специфике российского судостроения. Основной производитель научных решений в области технологии строительства судов - ЦНИИТС в настоящее время практически не занимается технологиями изготовления деталей судового
Рис.2. Комплексно-автоматизированная Рис. 3. Станок с ЧПУ для линия изготовления деталей из автоматической гибки заготовок из профильного проката профильного проката набора. Поэтому, данные вопросы совершенствования производства предприятия вынуждены решать на основе собственных разработок и зарубежных решений. В качестве первоочередного направления для реализации ОАО «Северная верфь» в настоящее время выбрало технологию изготовления гнутых деталей из профильного проката. Причиной стала необходимость сокращения расхода металла, повышения точности изготовления гнутых деталей набора для увеличения объемов сборки корпусных конструкций методом «на каркасе» и снижения трудоемкости гибочных работ. Первые же попытки показали, что главной проблемой совершенствования технологий такого типа является то, что в ее реализации участвует достаточно большое число участников. При этом для каждого отдельного подпроцесса могут использоваться различные способы совершенствования. Однако оптимальное решение требует сбалансированности относительно общего подхода. Погрешности каждого передела не несут явной ошибки, но отрицательно сказываются на технологии в целом.
Идея данного диссертационного исследования состоит в том, что автор позволил себе с единой позиции посмотреть на возможный вариант совершенствования каждой из составляющих технологии изготовления деталей из профильного проката и разработать научно обоснованные предложения по их совершенствованию, исходя из имеющегося научно-практического задела и опыта работы зарубежных верфей и предприятий отечественного судостроения. На основе выполненных исследований и разработок в диссертации обоснован организационно-технологический процесс изготовления всех деталей корпусов судов из профильного проката, ориентированный на использование самых современных решений из области автоматизации производства, и определены направления его дальнейшего совершенствования, исключающие необходимость пересмотра базовой концепции.
Современные требования к оценке технологий изготовления деталей судового набора и определению направлений их совершенствования
До данной работы какого-либо сравнительного анализа особенностей схем управления не выполнялось. Поэтому аналитическая оценка всех описанных схем выбрана в качестве очередной задачи данной работы.
Имеющийся опыт применения предлагаемого на мировом рынке автоматизированного гибочного оборудования показал, что даже самое совершенное из них не обеспечивает стабильно высокую точность изготовления гнутых деталей судового набора без применения дополнительных средств окончательного контроля. Основная причина при этом сводится к тому, что практически во всех случаях процесс изготовления включает два самостоятельных этапа:разметка и вырезка из согнутой заготовки готовой детали.
При такой технологии в значительной степени снижается актуальность повышения точности гибки собственно заготовки, поскольку, не зависимо от точности работы гибочного оборудования, вырезанная из согнутой заготовки деталь впоследствии все равно теряет свою форму как вследствие тепловых деформаций, возникающих при обрезке концов заготовки (удалении гибочных припусков) и вырезке шпигатов на кромке, так и в результате релаксации напряжений, которые происходят в процессе хранения детали до ее поступления на сборку. Поэтому, каким бы точным не было собственно гибочное оборудование готовую деталь все равно необходимо контролировать и, в ряде случаев, подвергать дополнительной доводке либо непосредственно на гибочном оборудовании, либо с применением методов тепловой правки. Основной эффект от использования оборудования с ЧПУ в этом случае сводится к возможности снижения трудоемкости и повышения производительности выполнения операции гибки. Однако такая автоматизация операции гибки не исключает необходимости выполнения окончательного контроля и разметки согнутой заготовки.
Наиболее распространенным способом контроля и задания формы деталей судового набора, изготавливаемых с применением холодной гибки, в настоящее время является использование гибочных шаблонов. С их помощью можно как проверить форму лекальной кромки согнутой заготовки, так и разметить форму концов детали и положение вырезов и шпигатов. Кроме того, шаблоны позволяют контролировать возможное изменение лекальной кромки после обрезки концов детали, а так же вскрытия шпигатов и вырезов. Традиционная технология изготовление шаблонов была основана на использовании плазовой разбивки. С развитием методов аналитической деталировки корпусных конструкций, основанных на применении электронных моделей судов, стали применяться более современные технологии производства шаблонов с применением разметочных машин с ЧПУ и систем САПР/АСТПП.В частности, на «Балтийском заводе» для данных целей используетсябывшая машина с ЧПУ для плазменной резки листового металлопроката «Кристалл», на которой вместо резака установлено разметочноеустройство, позволяющее вычерчивать шаблоны на фанерных заготовках, (рис. 1.4.3) [23]. Геометрия гибочных шаблонов при этом рассчитывается известными методами аналитической деталировки на основе данных математической модели корпуса, после чего на каждую из них выдается управляющая программа. На заводе Северная верфь данные для изготовления гибочных шаблонов разрабатываются инженером программистом соответствующей службы и в виде эскиза передаются на участок плаза (спросить эскиз для изготовления шаблонов). Технология Балтийского завода несомненно точнее и производительнее последней, однако вычерченные на машине заготовки шаблонов в последствие обрабатываются по традиционной технологии на деревообрабатывающем оборудовании. В результате чего часть преимуществ теряется. Главное достоинство автоматизированной технологии состоит в том, что она позволяет отказаться от использования натурного плаза и обеспечивает однозначность задания геометрии для листовых и профильных деталей, устанавливаемых на криволинейную обшивку.
В качестве альтернативного шаблонам метода задания и контроля формы гнутых деталей судового набора в мировой практике уже много лет используется способ контроля формы согнутых заготовок с помощью, так называемых, инверсных линий (рис. 1.4.4) [23]. В отечественном судостроении данные линии получили название спрямляемых [32], что соответствует логике их применения в качестве контролирующего средства. В рамках данного метода на прямолинейную заготовку наносится кривая линия, форма которой определена с таким расчетом, что после того, когда в процессе гибки она станет прямой, форма заготовки будет соответствовать форме детали по чертежу. При такой технологии гибщик управляет процессом гибки анализируя процесс спрямления нанесенной на полку профильной заготовки линии - с начала с помощью глаз, а затем (на завершающих стадиях) с помощью натянутой нитки, которая выступает в качестве универсального контрольного средства для любой заготовки.
Необходимая точность изгиба заготовки обеспечивается в случае, если отклонение спрямляемой линии от прямой (от нитки) лежит в пределах 1-3 мм, что вполне доступно контролю глазом.
В последние годы практически во всех CAD/САМ системах (Форан, Трайбон, Ритм-судно и т. п.) были созданы средства для расчета инверсных (спрямляемых) линий. В тоже время существующая технология задания и контроля формы гнутых деталей набора с помощью инверсных линий сегодня не обеспечивает 100%-го отказа от использования гибочных шаблонов, так как инверсные линии позволяют контролировать только форму согнутой заготовки и не задают мест разметки положения и формы обрезки концов и вырезов на кромке. Кроме того, в случаях, когда заготовка имеет значительный изгиб, в рамках данной технологии контроля приходится использовать не одну, а несколько спрямляемых линий. В этом случае точность контроля в определенной степени зависит от правильного выбора перекроя у спрямляемых линий. На сегодня теоретически обоснованных методов решения данной задачи нет. В частности, в системе Tribon параметр управления величиной перекроя OVERLAP задается с помощью количества точек возврата (рис. 1.4.5).
Автоматически он задается равным одному шагу. Но как показала практика - этого в ряде случаев оказывается недостаточно. Незначительный перегиб заготовки в зоне перекроя будет приводить к изменению прямолинейности инверсной линии в пределах допуска на контроль. Однако общая погрешность формы в результате ухода концов будет превышать допуск на точность формы готовой детали.
Разработка решений направленных на снижение отходов профильного проката при производстве деталей
Главными факторами, определяющими уровень расхода профильного проката при строительстве судов, являются применяемая методика назначения припусков у гнутых деталей и уровень реализации технологии раскроя. Припуски после гибки отрезаются и являются отходом, идущим в металлолом. От уровня реализации технологии раскроя зависит объем профильной полосы из которой не изготавливается никаких деталей. В большинстве случаев этот металл также идет в отход (иногда складируется).
В общем случае длина заготовки для изготовления гнутых деталей определяется как сумма длины развертки детали Lpa3B и длин припусков по концам Пкощ [26]. Величина Lpa3B определяется, как длина профильной полосы по линии нейтрального слоя между нормальными сечениями, проходящими через крайние точки детали (рис. 2.2.1). Значения концевых припусков, в соответствии с отраслевыми нормативными документами [61], назначают в соответствии с формулой тах{Псб.м + Псп,Пги6}, где Пп,6 - припуск на гибку; Псб-м - сборочно-монтажный „„„„,inv. Рис. 2.2.1. Принцип определения „ длины развертки профильной детали Псп - специальный припуск, назначаемый для вырезки проб в случае необходимости проверки механических свойств согнутой заготовки. Сборочно-монтажные припуски (Псб.м ) определяются, как сумма отклонений по всем операциям с учетом возможной точности выполнения работ, усадок и других факторов. В настоящее время разрабатываются аналитические методы их расчета. Значения Псп задают в зависимости от требуемого количества образцов. Припуски на гибку ПГИб чаще всего подбирают опытным путем для каждого номера профиля, так как единой методики их расчета до сих пор не существует. Поэтому часто они оказываются необоснованно завышенными. В то же время именно гибочные припуски в большинстве случаев определяют величины концевых припусков у заготовки, а, следовательно, являются главной составляющей непроизводственного расхода металла. В настоящее время для определения размеров деталей используются только средства аналитической деталировки CAD/САМ систем, С помощью ЭВМ может выполняться и раскрой профильного проката. Для этого необходимо в качестве исходных данных иметь значения длин отдельных полос, входящих в карту раскроя. В современных условиях длины прямолинейных деталей определяются на этапе аналитической деталировки в процессе выполнения подготовки производства, что позволяет получать размеры деталей корпуса с максимальной точностью. Так же могут рассчитываться и значения Z,pa3B для определения длин заготовок для изготовления гнутых деталей. Однако для определения собственно длин заготовок необходимо разработать возможность рассчитывать с помощью ЭВМ и значения гибочных припусков.
В работе [38] делалась попытка систематизировать и обосновать методику расчета припусков в зависимости от конкретной формы детали и типа применяемого оборудования. В частности, для прессов типа «Бульдозер» с регулируемым расстоянием между опорами для расчета значений припусков предлагалась следующая формула (рис. 2.2.2):где а - плечо, при котором возможен изгиб заготовки на заданный радиус кривизны (2 а- расстояние между опорами);U - длина опорной части подушки пресса или рабочая зона зажимных колодок;Lno - горизонтальная проекция очага пластической деформации;Д,р - длина концевого прямолинейного участка, относящегося к детали.
Использование современных CAD/САМ систем позволяет реализовать формулу (2.2.1) для аналитического определения величин припусков на гибку, хотя для разработки соответствующего алгоритма расчета данная формула недостаточно конкретизирована [23]. Для более точноговыполнено самостоятельное исследование. Что же касается технологии гибки на прессах типа «Бульдозер», то в варианте применения автоматизированной подготовки производства имеет смысл рассмотреть возможности снижения величины Пгн6 путем применения дополнительных технологических мероприятий. Так, в случае наличия на концах детали прямолинейных участков припуск может быть частично, а при значениях (2.2.5)
Сократить расход металла за счет уменьшения гибочных припусков можно и путем исключения из состава гибочного припуска прямолинейного конца. Если данная процедура будет выполняться автоматически, то можно будет учитывать даже незначительные объемы прямолинейных участков на концах, включая использование длины формируемой малкой конца (рис. 2.2.3). В этом случае нужно будет только изменить алгоритм расчета длины развертки детали ( разв)..
На Балтийском заводе раскрой выполняется оператором комплекса MOSES непосредственно перед резкой в рамках разработки управляющей программы резки. Принцип его выполнения полностью аналогичен варианту применяемому на Северной верфи с той лишь разницей, что не производится ручная разметка.
В практике отечественного судостроения в 80-е годы разрабатывались средства выполнения автоматизированного линейного раскроя профильного проката с помощью ЭВМ [56]. Такая подсистема «Раскрой профиль» существовала в отечественной системе АСТПП -«АТОПС». В качестве исходных данных для автоматизированного формирования карт раскроя данная подсистема использовала сформированную на магнитных носителях информацию о геометрии раскраиваемых деталей одновременно для каждого запуска металла в обработку и существующий на предприятии материал (профильный прокат) для производства данных деталей. Использование для формирования карт раскроя одновременно всех деталей запуска позволяло подбирать такое их совместное расположение на одной полосе, которое давало минимальный отход металла. При этом, чем больше в одном запуске находилось деталей различной длины, тем более высокий коэффициент раскроя мог быть достигнут. Данное разнообразие длин определяется многими факторами - особенностью конструкции, водоизмещением и т.п. В качестве примера в таблице 2.2.1 показана применяемость бульбовых профилей для сухогрузного судна двт 10 000 т.
Исследование способов повышения точности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации
Как уже отмечалось ранее в отечественном судостроении способы здания формы гнутых деталей с помощью графической информации были разработаны в конце 70-х годов в работах [18], [70]. Однако данная технология практически применялась только на судостроительном заводе «Северная верфь» (тогда - завод им. А.А. Жданова), и сегодня полностью утрачена. Для ее восстановления необходимо исследовать вопросы совершенствования технологической подготовки. В настоящее время расчет информации для производства гнутых деталей без использования гибочных шаблонов выполняется во всех применяемых CAD/САМ системах и сводится к определению инверсных линий.
Анализ возможностей программного обеспечения систем Форан и Трайбон, связанного с расчетом инверсных линий, и технологических особенностей изготовления деталей на комплексно-автоматизированной линии фирмы IMG для вырезки профильных деталей показал, что в существующем виде программное обеспечение не в состоянии информационно полностью обеспечить процесс изготовления гнутых деталей набора без использования гибочных шаблонов. Для полного отказа от производства шаблонов необходимо решить ряд задач.
В качестве первой, необходимо разработать способ задания в составе УП для маркировочного устройства робото-технологического комплекса данных для разметки обрезов концов и положения вырезов. В стандартном варианте эта информация выводится в документах для ручной разметки, а в состав УП включаются данные только для нанесения инверсных линий.
Вторым вопросом, потребовавшим поиска ответа, стало определение шага для задания промежуточных точек инверсных линий. Значение шага входит в состав исходных данных программного обеспечения расчета инверсных линий. Однако способов определения его обоснованного значения в описании CAD/САМ систем нет. В то же время количество точек инверсных линий определяет точность задания формы согнутой заготовки. Попытки сделать количество точек минимальным с целью снижения трудоемкости ручного формирования УП для воспроизведения инверсных линий дали отрицательный результат с точки зрения качества гибки. Анализ имеющихся данных в литературе [19] показал, что в требуемой постановке задача никогда не решалась. Алгоритм определения количества промежуточных точек строился через структуру промежуточных точек в задании линии судового обвода в математической модели.
Третьей задачей встал вопрос о величине перекроя инверсных линий в варианте, когда для контроля формы необходимо использовать несколько линий. В существующем программном обеспечении CAD/САМ систем (в частности Трайбон, Форан) величина перекроя задается в исходных данных количеством формоопределяющих точек инверсных линий. Но о том, сколько их необходимо задавать, в методической документации ничего не говориться.Исследуем последовательно возможные варианты решения данных задач.
В рамках эксплуатации автоматизированной линии вырезки деталей из профильного проката на Балтийском заводе технологи столкнулись с невозможностью разметки линий обрезов концов деталей на прямых заготовках для изготовления гнутых деталей.
В случае, если геометрия выреза, или разметки обреза конца предусмотрены стандартами системы MOSES информация по ним при подготовке программы оператором задается в виде кода и определенного набора параметров (например, вырез в виде круга — это код ICUT2 с параметрами r,x,y,f). Для нестандартных вариантов разметки их геометрия должна представляться в структуре файла .mgf в виде совокупности дуг. Поэтому для разметки инверсных линий их геометрия сначала задается с помощью набора промежуточных точек, которые затем аппроксимируются дугами окружностей. Что же касается разметки обрезов прямолинейных концов деталей, то в стандартном варианте системы MOSES данная возможность не предусмотрена. Система не может воспроизводить с помощью маркировочного устройства прямые линии. В то же время от качества разметки зависит технология изготовления конструкций с учетом компенсации сварочных деформаций. Поэтому задача вычерчивания обрезов с помощью маркировочного устройства рассматривалась в работе как самостоятельное направление исследования.
В настоящее время во всех CAD/САМ системах геометрия обреза профильной детали определяется как прямолинейный отрезок, малка которого (угол наклона) соответствует расстоянию по нейтральному между нормальными сечениями, проходящими через крайние точки обреза. В тоже время теоретические исследования, выполненные в работе [18], [25] показали, что геометрия обреза на прямой заготовке представляет собой «спираль Архимеда». Следовательно, для ее вычерчивания на прямой заготовке в составе УП нужно использовать не две, а, как минимум, три точки. В этом случае форма геометрии обреза на прямой заготовке будет выглядеть в виде некоторой эквивалентной дуги окружности с малой стрелкой по хорде. Это позволяет использовать для ее воспроизведения на прямой заготовке те же программные средств, что и для инверсных линий. Однако для практической реализации такого подхода необходимо разработать методику определения параметров эквивалентной дуги окружности и алгоритмы их расчетного определения в зависимости от различных вариантов значений малки, радиусов изгиба и номеров профильного проката.
Решение данной задачи выполнено в работе с помощью теоретической модели изменения геометрии линии разметки обреза в виде прямого участка в процессе деформирования. Смысл данной модели показан на рисунке 3.2.1.1.
Суть ее сводится к тому, что в процессе изгиба заготовки наружная точка линии обреза будет уходить в сторону увеличения малки за счет растяжения верхнего слоя, а внутренняя в сторону ее уменьшения (соответственно, сжатия нижнего). Неизменной останется только точка, в которой линия обреза пересекает нейтральный слой профильной полосы. Аналогичным смещениям будут подвержены все точки линии обреза. В результате после гибки прямая линия разметки обреза станет кривой - т.е. превратится в «спираль Архимеда». Конечно, геометрия такой измененной линии будет мало отличаться от прямой и уж тем более от дуги окружности. Однако для того, что бы определить геометрические параметры дуги окружности необходимо оценить возможные значения ее стрелки для различных вариантов значений малки, радиусов изгиба и номеров профильного проката.
Из рисунка 3.2.1.1 видно, что в пределах допустимой точности, если нейтральный слой отстоит от верхнего слоя на 1/3 Н (вариант несимметричного профильного проката), верхняя точка линии обреза сместится на величину, равную 1/3 растяжения верхнего слоя профильной полосы. Аналогично, нижняя точка сместится на величину, равную 2/3 в сторону уменьшения малки. В результате максимальная стрелка эквивалентной дуги будет равна 2/3 значения сжимающего смещения нижней точки (Асж). Следовательно, для того, что бы после гибки заготовки линия обреза выглядела прямой, ее вид на прямой заготовке должен выглядеть в виде дуги окружности. При этом для ее построения необходимо нижнюю (сжатую) точку сместить в сторону увеличении малки на расстояние 2/3 Дсж, а верхнюю (растянутую) точку на расстояние 1/3 Дрт. Средняя точка должна остаться на месте. Полученные три точки будут однозначно задавать эквивалентную дугу для вычерчивания формы обреза.
Принципиальная технология изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации
Сегодня в отрасли нет четких рекомендаций какой должна быть технология производства, что бы можно было последовательно повышать уровень ее автоматизации, нее меняя базовых решений..
В основу предлагаемой в диссертации концепции создания новой технологии заложены следующие требования:- обеспечение максимального уровня автоматизации всех операций,связанных с изготовлением деталей из профильного проката- возможность отказа от использования гибочных шаблонов дляконтроля формы гнутых деталей;- изготовления гнутых деталей без гибочных припусков;
С учетом данных требований за основу технического обеспечения новой технологии была взята существующая роботизированная линия вырезки деталей, имеющаяся на «Балтийском заводе». Данная линия уже сейчас обеспечивает современные требования по точности и уровню автоматизации всего технологического процесса, связанного с изготовлением прямолинейных деталей из профильного проката. Что же касается выполнения операции скруглення свободных кромок, то в работе предлагается вариант ее реализации разработанный в п.2.4. диссертации.
Для снижения материалоемкости технологии производства прямолинейных деталей в диссертации предлагается использовать существующие программные пакеты линейного раскроя, с использованием при формировании групп совместного раскроя принципа разделения прямолинейных и гнутых деталей в отдельные подгруппы в рамках SFI составляющих.
Применительно к технологии изготовления гнутых деталей в новый вариант использования автоматизированной линии предлагается внести существенные изменения. В частности, для таких деталей непосредственно на линии решено выполнять только операции резки, маркирования и разметки мест положения вырезов на прямых заготовках. Операция же по нанесению инверсных линий на заготовки в предложенном варианте технологии полностью исключена. Принципиально новым решением в данном варианте технологии изготовления гнутых деталей является то, что заготовки для них вырезаются на линии резки с полной обработкой концов без гибочных припусков, а разметка инверсных линий для контроля формы согнутой детали выполняется непосредственно перед гибкой с помощью отечественной разметочной машины с ЧПУ «Стрела» (разработка ФГУП ЦНИИТС). Проект данной машины имеется сегодня в ЦТСС. Однако его необходимо переработать, применительно к использованию современных приводов и системы УЧПУ. Следует пересмотреть и способ нанесения графической информации на профильную заготовку. Вариант с маркером сегодня не годится. Очевидно, вместо карандаша следует использовать каплеструйное устройство. Использование в разработанной технологии разметочной машины «Стрела» дает возможность (в отличие от варианта разметки инверсных линий с помощью маркировочного устройства на линии резки) отслеживать имеющуюся кривизну профильной заготовки и вносить соответствующие корректировки в форму инверсных линий. Это позволяет использовать для изготовления деталей на линии резки как правленого, так и неправленого проката. Кроме того, реализация разработанных ранее методов задания шага для формоопределяющих точек инверсных линий (п. 3.2.2) и аналитически обоснованных величин перекроя (п.3.2.3) в существующих средствах расчета инверсных линий позволяют значительно повысить надежность контроля с их помощью формы согнутых заготовок и, как следствие, отказаться от использования гибочных шаблонов, заменив их дополнительными контрольными замерами с помощью стандартного мерительного инструмента. В частности, предлагается после гибки и окончательной обработки согнутой заготовки (вскрытия шпигатов и вырезки вырезов) выполнять измерение максимальной стрелки погиби детали параллельно с повторным контролем прямолинейности инверсных линий. Выполнение данной контрольной операции должно осуществляться в непосредственной близости кгибочному оборудованию на специально отведенном участке с помощью эскиза, разрабатываемого в рамках подготовки производства (рис. 4.2.1,6).
Технологию вырезки заготовок для изготовления гнутых деталей с полной обработкой концов (без припусков) предлагается реализовать с помощью разработанного в диссертации варианта их гибки с использованием двух принципов деформирования:1) подгибки концов на прессе МГПС-25;2) последующей гибкой на любом виде гибочного оборудования. При этом вначале выполняется подгибка конца на длине 750 мм.
Контроль форма выполняется путем проверки спрямления инверсной линии на заданной базе (750 мм). А затем дальнейшая реализация процесса гибки заготовки может осуществляться с использованием любого имеющегося гибочного оборудования, выбор которого может выполняться исходя из условий его загрузки и силовых параметров, необходимых для реализации процесса. В варианте предложенной технологии подогнутый конец фактически заменяет гибочный припуск.
Регламентировать как-либо уровень автоматизации в настоящих условиях не столь важно. Причина заключается в том, что не зависимо от точности гибки заготовок точность готовой детали в дальнейшем будет определяться тепловыми деформациями от вырезки шпигатов и вырезов и т. п. Неизвестно, что лучше. В настоящее время более рациональным мог бы стать вариант компромисса между автоматизацией процесса гибки и методами совершенствования задания и контроля формы готовой детали. Сегодня необходим возврат задания и контроля формы гнутых деталей только с помощью графических шаблонов. Это позволит контролировать форму как после гибки по программе, так и в случае необходимостивыполнения доводки заготовки в ручном режиме и подгибки после вырезки вырезов, обрезки концов.
Для совершенствования процесса вскрытия вырезов вдоль кромки предлагается использовать робот с ручным выводом на точку начала реза по данным автоматизированной разметки. Сегодня данного оборудования в готовом виде не существует. Однако его создание может быть легко реализовано путем модернизации любого робота-резчика.
Анализ имеющихся практических результатов показал, что на основе развития заложенных в данную технологию решений и пресса МГПС-25 в варианте его конструктивного усовершенствования можно реализовать на одном комплексе оборудования одновременное изготовление как листовых, так и профильных деталей, требующих гибки. Для этого в составе разрабатываемого комплекса достаточно объединить новые решения с уже апробированными. В частности, если участок, где установлен пресс МГПС, дополнительно укомплектовать разметочной машиной «Стрела» для разметки на прямых заготовках спрямляемых линий и робот-резчик (как в варианте цеха на «Балтийском заводе»), то технологии изготовления гнутых листовых и профильных деталей могут выглядеть следующим образом (рис. 4.2.2).
В варианте изготовления гнутых деталей из профильного проката в начале на линии резки будет вырезаться прямая заготовка с полностью обработанными концами. Затем вырезанная заготовка будет приходить на позицию разметки, где с помощью разметочной машины «Стрела» на заготовку будут наноситься спрямляемые линии для контроля формы согнутых деталей и размечаться выреза на кромке и вдоль нее. Дальнейшая гибка заготовки будет выполняться в два этапа. В начале на прессе МГПС -25 будут раскатываться концы. Учитывая, что технология гибки раскаткой имеет свои силовые ограничения подгибку концов можно производить только в объеме, необходимом для реализации дальнейшего процесса изгиба
