Исследование технологических особенностей объемного лазерного сканирования и разработка методики его применения для компьютерного моделирования в механообработке

• Автор: Губанов, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 234 с.

Введение.

Глава I Анализ существующих систем компьютерного моделирования в механообработке.

1.1 Развитие программного управления формообразованием на металлорежущих станках.

1.2 Программирование для ЧПУ.

1.3 Системы автоматизированного программирования станков с ЧПУ

1.4 Системы быстрого изготовления физических прототипов компьютерных моделей.

1.5 СДПСАМсистемы в машиностроении

1.6 Системы ввода геометрической информации.

1.7 Автоматизированные системы ввода трехмерной геометрической информации

1.8 Современные системы объмной оцифровки

1.9 Выводы
Глава II Исследование технологических особенностей применения объмного лазерного сканирования для компьютерного моделирования в механообработке.
2.1 Объемное лазерное сканирование в системе реверсивного проектирования.
2.2 Влияние геометрии натурного образна на форму компьютерной модели
2.3 Критерии качества сканмодели.
2.4 Исследование влияния шероховатости поверхности образца на качество сканмодели
2.5 Исследование влияния цвета поверхности образиа
на качество сканмодели.
2.6 Исследование влияния материала образца на качество сканмодели
2.7 Методика предварительной подготовки образца
2.8 Выводы
Глава III Разработка методики применения объмного лазерного сканирования для программирования обработки на оборудовании с ЧПУ.
3.1 Установка объемного лазерного сканирования КерПса
3.1.1 Общее описание
3.1.2 Оптическая головка
3.1.3 Генератор лазерной линии ГЛЛ
3.1.4 Электронная плата обработки оптической информации ЗиЛЛА.
3.1.5 Технические характеристики
3.2 Анализ объмного лазерного сканирования как технологической операции1 I
3.2.1 Методы перемещения рабочего органа1 I
3.2.2 Выбор технологических параметровI 1
3.2.3 Исследование зависимости шага сетки сканирования от размеров элементов образца1
3.2.4 Определение оптимальной величины шага сетки сканирования.1 3
3.2.5 Методика выполнения операции
3.3 Система автоматизированной подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ на базе установки ЛерПса0 1
3.3.1 Структура САП УП и порядок работы
3.2.2 Основные функции препроцессора.
3.3.3 Расчт УП
3.3.4 Возможности постпроцессора.
3.4 Выводы
Глава IV Проблемы внедрения объмного лазерного сканирования в машиностроении
4.1 Внедрение результатов диссертационной работы
4.2 Примеры задач, решнных автором с применением установки объмного лазерного сканирования ЛерНсаГ.
4.3 Анализ методики расчта экономической эффективности и области внедрения объмного лазерного сканирования
4.4 Экономический анализ эффективности внедрения
4.5 Выводы.
Заключение
Библиографический список.
Приложения
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
АСТПП автоматизированная система технологической подготовки производства.
ГЛЛ генератор лазерной линии.
ГПК гибкий производственный комплекс.
ГПМ гибкий производственный модуль.
ГНС гибкая производственная система.
ГПУ гибкий производственный участок.
ИМГ интерактивная машинная графика.
КИМ контрольноизмерительная машина.
КМ компьютерное моделирование ПК персональный компьютер.
ПО программное обеспечение ПС производственная система
САН система автоматизированного программирования.
САПР система автоматизированного проектирования.
СРП система реверсивного проектирования.
СЧПУ система числового программного управления.
УМ управляющая программа
УЧПУ устройство числового программного управления.
ЧПУ числовое программное управление.
1Ш электронновычислительная машина.
. i i компьютерное моделирование изделий.
САЕ i ii инженерный анализ при помоши компьютера.
М ii i ii компьютерное моделирование механообработки.
1 I 1Г ii быстрое изготовление физических прототипов компьютерных моделей произвольной конфигурации
ВВЕДЕНИЕ
Расширение области применения станков с ЧПУ одно из основных направлений автоматизации производства. Гибкость и эффективность производственных систем, включающих оборудование с ЧПУ, во многом зависит от применяемой методики подготовки управляющих программ. Для программирования обработки изделий сложной геометрической формы требуется применение новых компьютерных систем, позволяющих более эффективно использовать возможности современного оборудования.
Применяемое в производстве компьютерное моделирование механообработки при помощи Л Мсистем обеспечивает качественную подготовку управляющих программ по исходным данным, представленным в виде чертежа или эскиза. Однако жесткая конкуренция на рынке товаров заставляет производителей искать новые решения в дизайне и эргономике своей продукции. При этом увеличивается количество задач, связанных с макетированием и изготовлением натурных образцов. Появляется новый класс изделий в машиностроении. Этот класс объединяет натурные образцы, геометрическую форму которых либо невозможно, либо крайне сложно описать аналитическими способами. Для этого класса объектов эффективность применения СЛОСАМсистем существенно ниже.
Можно выделить два направления развития технологий, связанных с изготовлением натурных образцов
применение методом быстрого изготовления физических прототипов компьютерных моделей
объемная оцифровка образцов, изготовленных с испильшва нием универсального оборудования.
Первый метод имеет довольно узкую специализацию и не может
полностью исключить механообработку. Второй требует разработки специальных систем, но является более перспективным, благодаря значительному сокращению времени подготовки производства.
Системы объемной оцифровки обычно создаклся на базе координатноизмерительных машин. Но изза высокой стоимости и сложности их применение аффективно лишь для оцифровки ответственных поверхностен с жсткими требованиями к точности формы. С другой стороны, вс большее распространение находит метод объмной оцифровки с применением объмного лазерного сканирования. Метод обеспечивает высокую скорость оцифровки. Современные технологии позволяют создавать оптические датчики, обеспечивающие точность измерений до нескольких микрометров. Но основной областью применения метода остается компьютерный дизайн и анимация.
Практическое применение объмного лазерною сканирования при компьютерном моделировании в механообработке предполагает решение трх основных задач
разработка и изготовление оборудования
разработка программного обеспечения
разработка технологического обеспечения.
Установки объмного лазерного сканирования сегодня активно разрабатываются ведущими западными производителями контрольноизмерительной техники. Программное обеспечение для управления процессом оцифровки и обработки полученных тайных также предлагается различными фирмамиразработчиками. I схнологические же аспекты применения объмного лазерного сканирования при компьютерном моделировании в механообработке не изучены.
Актуальность


В качестве исходных данных используется описание геометрии изделия и его основные конструкторскотехнологические параметры. На первом этапе происходит обработка технологических данных, позволяющих определить последовательность операций, переходов, проходов, установок, инструментальную наладку, режимы резания и т. На втором этапе выполняется обработка геометрической информации, позволяющая определить траекторию инструмента, опорные точки, создать карту наладки и т. Различают два метода подготовки УП ручной и автоматизированный ,,,. ЭВМ. Ручной метод подготовки программ трудоемкий процесс, поэтому его применяют только при подготовке УН для простых деталей, при длительном времени их обработки, при малом опыте эксплуатации станков с ЧПУ и для обучения обслуживающего персонала. Автоматизированный метол это подготовка и контроль УП с применением ЭВМ. В литературе встречаются различные подходы к определению объекта автоматизации. Чаще всего подготовку УП рассматривают как этан технологической подготовки производства , включающей проектирование операции и изготовление программоносителя. Иногда сюда вовлекают объемные технологические задачи, такие как создание и оптимизация маршрутной технологии или опенка технологичности . В других случаях ограничиваются геометрическим расчетом траектории инструмента и кодированием информации . Пожалуй, наиболее рационально было бы выделить технологическую и геометрическую задачи отдельно, и решать их параллельно, но различными методами. Технологическая задача интеллектомкая и трудно алгоритмизируемая, часто требует экспертной оценки ряда параметров. Поэтому должна решаться методами интерактивной работы технолога с ЭВМ. Объектом автоматизации является в первую очередь разработка и изготовление технологической документации, обработка банков данных и их обновление, а также аналитические задачи по оптимизации параметров режимов резания, расчету геометрии инструмента, конструированию приспособлений и т. Геометрическая задача, в чистом виде, сводится к расчету опорных точек и траектории инструмента в зависимости от конфигурации поверхности изделия и формы инструмента. Рис. Этапы процесса автоматизированной подготовки У. С другой стороны, входной информацией при решении геометрической задачи является точное описание геометрической формы изделия. Ввод геометрической информации в ЭВМ является длительным, трудно автоматизируемым процессом. При разработке систем автоматизированной подготовки УП вводу геометрической информации всегда уделяется особое внимание. Процесс автоматизированной подготовки УП обычно представляется в виде последовательности этапов, показанных в виде схемы на Рис. Обшей целью комплексной автоматизации процессов механической обработки является повышение их эффективности. Общая цель разбивается на конкретные подцели, одна из которых повышение эффективности процессов подготовки УП для оборудования с ЧПУ ,. Расходы на подготовку УП являются специфическим слагаемым операционной технологической себестоимости, возникающим при эксплуатации станков с ЧПУ. Сокращение трудоемкости процессов подготовки УП должно быть обеспечено путем совершенствования систем автоматизации программирования для станков с ЧПУ. Рассмотрим структуру трудоемкости процесса подготовки управляющих программ . При использовании традиционных методов она выглядит следующим образом Рис. Применение компьютерной техники позволяем сократить общую трудоемкость полотовки УП в первую очередь за счет сокращения трудоемкости расчета УП Рис. Применение компьютеров при разработке УП добавляет в структуру трудоемкости новый пункт ввод исходных данных в ЭВМ. Ею трудоемкость довольно велика и составляет до времени работы системы. УП должна стать автоматизация процесса ввода информации в ЭВМ. Рис. Структура трудоемкости подготовки УП без использования ЭВМ. Рис. Структура трудоемкости подготовки УП при использовании ЭВМ. Совершенствование методов автоматизации программирования обработки на станках с IV теснейшим образом связано с развитием вычислительной техники.