Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при компьютерном проектировании технологических процессов изготовления высокоточных деталей газотурбинных двигателей. Изобретение включает моделирование цифрового потока процесса технологического проектирования на основе взаимоувязанного семейства моделей детали, заготовки, конструкторско-технологической размерной структуры, этапов обработки, операционной технологии и технологических операционных эскизов, формируемых в CAD. Модели семейства синтезируются автоматизировано, и пользователь может уточнять их на любой стадии с соблюдением целостности структурно- параметрических связей, контроль которых реализуется системой автоматически. При этом сформированные системой операционные эскизы ассоциативно связаны со всем семейством моделей, обеспечивая сквозную передачу изменений от эскиза к модели и наоборот.

Способы и системы автоматизированного проектирования CAD/CAM на настоящий момент широко используются в области машиностроения и авиадвигателестроения.

К подобным способам можно отнести способ, реализуемый системой автоматизированного проектирования, согласно которому осуществляют анализ значений фактического измерения объекта трехмерной формы и на базе CAD/CAM осуществляют сглаживание кривизны обрабатываемой поверхности, посредством принятия теории кривой поверхности, которая обеспечивает непрерывность линии свободной формы/поверхности свободной формы с отображением текущего целевого состояния на дисплее (патент РФ JST»2294560, опубл. 27.02.2007).

Однако известный способ может быть использован только для проектирования обработки поверхности по уже готовому плану обработки детали и не позволяет решать задачу по сокращению затрат на технологическую подготовку производства и качественному проектированию технологии механообработки высокоточных деталей в целом, т.е. в контексте синтеза и оптимизации всего технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ компьютерного проектирования конструкций и технологий изготовления многопараметрических изделий, который включает формирование конструкторской базы данных предварительных значений параметров моделируемого объекта и выделение из этой базы данных областей, содержащих информацию о предварительных значениях параметров составных частей моделируемого объекта, запись в области конструкторской базы данных предварительных значений параметров составных частей моделируемого объекта, распределение предварительных значений параметров составных частей моделируемого объекта по группам, совмещение всех составных частей моделируемого объекта, занесение в исходную технологическую базу данных предварительных значений маршрутов технологических операций, формирование моделируемого объекта из упомянутых составных частей, отображение на экране дисплея изображения моделируемого объекта. При этом в каждой группе выделяют данные об относимых к унифицированным составных частях моделируемого объекта, сравнивают предварительные значения параметров оставшихся неунифицированных составных частей моделируемого объекта с заданными пользователем значениями, по результатам сравнения судят о равенстве или об отклонениях этих значений, отображают на экране дисплея изображение моделируемого объекта путем совмещения всех его составных частей за счет согласования значений соответствующих параметров составных частей, дополнительно заносят в исходную технологическую базу данных значения параметров средств производства, предназначенных для компоновки моделируемого объекта из упомянутых составных частей, и предварительные значения параметров маршрутов технологических операций с указанием порядка последовательного соединения этих составных частей и трудоемкости их изготовления, выделяют из перечня параметров маршрутов технологических операций группу параметров, предназначенных для корректировки, и группу некорректируемых параметров, по запросу пользователя сравнивают и уточняют значения корректируемых параметров со значениями одноименных параметров, заданных пользователем, формируют выходную технологическую базу данных, включающую состав и местоположение средств производства, отображают на экране дисплея текстовую информацию о составе и местоположении средств производства и значениях параметров маршрутов технологических операций и на основании данных о составе и местоположении средств производства и значений параметров маршрутов технологических операций формируют и отображают на экране схему пространственного расположения средств производства, предназначенных для формирования составных частей моделируемого объекта (патент РФ N°2192046, опубл.27.10.2002 г.).

Недостатком известного способа является то, что требуется формирование конструкторской базы данных предварительных значений параметров моделируемого объекта и занесение в исходную технологическую базу данных предварительных значений маршрутов технологических операций, что предполагает наличие прототипов или типовых изделий. В условиях создания изделий нового поколения или диверсификации номенклатурной линейки продукции это требование становится трудновыполнимым, что приводит к значительным затратам на технологическую подготовку производства и не обеспечивает необходимого ее качества

Задачей настоящего изобретения является исключение всех перечисленных недостатков.

Достигаемый при этом технический результат заключается в существенном сокращении затрат на технологическую подготовку производства и повышение ее качества на основе ускоренного цикла синтеза, оптимизации и итерационной доводки операционной технологии изготовления детали, гарантирующей выдерживание требований чертежа с автоматизированной генерацией в виде конечного продукта, комплекта операционных эскизов, включающих всю необходимую конструкторско- технологическую информацию, обеспечивающую уточнение и пересчет операционной технологии на любой стадии проектирования и одновременно формирующих банк технологических решений, пригодных для дальнейшего использования в виде легко настраиваемых структурно- параметрических прототипов.

Поставленная задача решается тем, что способ компьютерного проектирования технологических процессов механообработки высокоточных деталей включает автоматизированное распознавание конструкторско-технологической информации на чертежах детали и заготовки, выполненных в CAD-системе, в том числе уникальных идентификаторов их поверхностей, размерной структуры и метрик размеров, с последующим формированием модели размерного каркаса чертежа детали и модели заготовки в зависимости от заданных параметров и размерных связей детали; определение последовательности этапов механообработки от заготовки до готовой детали на основе шаблона максимально возможного состава этапов обработки; автоматизированное формирование для каждой поверхности детали предварительной последовательности этапов обработки с параметрами точности и величинами минимальных припусков, определяемых в соответствии с характеристиками этапов; декомпозицию этапов механообработки в прототип модели операционной технологии, в которой каждый этап преобразуют в собственную последовательность технологических операций, содержащих обрабатываемые поверхности и варианты простановки технологических размеров до них; оптимизацию вариантов размерной структуры всего операционного технологического процесса по критерию максимального расширения допусков технологических размеров с гарантией выдерживания требований чертежа детали для выбора конкретного варианта простановки технологических размеров; расчет размерных технологических цепей с учетом отклонений расположения поверхностей и уточнение модели операционной технологии в соответствии с выбранным конкретным вариантом простановки технологических размеров и их рассчитанными параметрами; формирование размерного каркаса операционной технологии путем расчета метрик технологических размеров, выполняемого с учетом топологических характеристик поверхностей и схемой размещения исходной размерной структуры чертежа детали относительно проекций поверхностей; включение модели размерного каркаса операционной технологии в состав формируемых графических документов с обеспечением ассоциативности связей конструкторско-технологических данных системы проектирования технологических процессов и CAD; автоматическую генерацию, по выбору пользователя, чертежа заготовки и карт эскизов технологического процесса механообработки детали в среде CAD с простановкой технологических размеров и формированием проекции детали.

При этом ассоциативность связи конструкторско-технологических данных системы проектирования технологических процессов и CAD осуществляют на основе автоматизированного распознавания, формирования и сохранения расширенных атрибутов графических документов, включая метрики чертежных и технологических размеров.

Предлагаемый способ и конкретный пример его реализации иллюстрируется на фиг. 1-9.

На фиг. 1 показан цифровой поток процесса технологического проектирования на основе взаимоувязанного семейства моделей конструкторско-технологической информации чертежа детали, этапов механообработки, технологических операций, вариантов размерных структур, размерного каркаса технологии механообработки, формируемых карт эскизов и обеспечение неограниченного числа итераций по прямым - от системы проектирования к CAD, и обратным - от CAD к системе проектирования, изменениям и уточнениям проектируемого технологического процесса механообработки.

На фиг. 2 показан исходный чертеж детали, выполненный в CAD- системе.

На фиг. 3 показаны результаты распознавания конструкторско- технологической информации на чертеже детали, выполненном в CAD- системе, в виде реляционной структуры данных, описывающих размерные связи детали и их параметры.

На фиг. 4 показано планирование последовательности этапов механообработки от заготовки до готовой детали на основе шаблона максимально возможного состава этапов обработки с параметрами точности и величинами минимальных припусков, определяемых в соответствии с характеристиками этапов. На фиг. 5 показан синтез и оптимизация вариантов размерной структуры технологических операций механообработки в линейном направлении.

На фиг. 6 показан расчет размерных технологических цепей и определение номинальных значений размеров, их отклонений и снимаемого припуска, вместе с его колебанием.

На фиг. 7 показан фрагмент сформированной таблицы размерного каркаса операционной технологии с рассчитанными значениями метрик технологических размеров.

На фиг. 8 показан результат автоматической генерации карты эскизов проектируемого технологического процесса в среде CAD с формированием проекций детали на операции, простановкой технологических размеров и указанием последовательности обработки поверхностей.

На фиг. 9 показан результат уточнения пользователем графического документа в виде карты эскизов и автоматического обратного отображения всех проведенных изменений во фрагмент таблицы размерного каркаса операционной технологии с заменой номинального значения и отклонения операционного размера.

В рассматриваемом способе моделируемым объектом является проектируемая технология механообработки высокоточных деталей.

Заявляемый способ может быть реализован, например, при компьютерном проектировании роторных деталей газотурбинного двигателя, имеющих высокую точность и жесткие требования по прочности, обуславливающие наличие термической и химико- термической обработки.

Вначале формируют модель детали (на примере втулки) в виде CAD-чертежа (Фиг.2) на котором автоматически выполняется идентификация поверхностей с определением их топологических характеристик, размерных связей между ними, включая связи отклонений расположения поверхностей, метрики размеров и информацию из секции технических требований чертежа. Затем выполняют автоматическое распознавание конструкторско- технологической информации, связанной с чертежом детали и формирование модели размерных связей чертежа (Фиг.З). Аналогичным образом выполняют формирование и автоматическое распознавание конструкторско-технологической информации, связанной с чертежом покупной или проектируемой заготовки. Если ряд размерных параметров заготовки не задан, то они будут рассчитаны на последующих стадиях проектирования.

Затем на основе базы данных типовых шаблонов максимально возможного состава этапов обработки для каждой поверхности планируют предварительную последовательность этапов ее обработки с параметрами точности и величинами минимальных припусков, определяемых в соответствии типовым шаблоном (Фиг.4). Это обеспечивает высокую скорость и качество синтезируемой технологии и дает технологу возможность быстро проводить необходимые уточнения и дополнения этапов обработки. Все изменения, внесенные технологом, автоматически сохраняются и отображаются в модели проектируемой технологии.

Далее производят автоматизированную декомпозицию этапов обработки и синтез прототипа операционной технологии (Фиг.5), содержащий варианты простановки операционных размеров (отмеченные звездочкой «*» идентификаторы размеров). На этой фазе проектирования часть параметров операционной технологии может быть не определена (номинальные значения размеров и их отклонения). Для определения конкретных вариантов простановки операционных размеров и их параметров проводят оптимизацию и расчет вариативной размерной структуры с учетом отклонений расположения поверхностей по критерию максимального расширения допусков технологических размеров для обеспечения снижения затрат на обработку детали (Фиг.6).

Полученная в результате оптимизации простановка технологических размеров и определение их параметров формирует размерный каркас технологии механообработки (Фиг.7) содержащий, в том числе, рассчитанные системой метрики размеров, которые обеспечивают рациональную простановку и размещение размеров на графических технологических документах (карты эскизов).

Затем, по выбору технолога, на основе размерного каркаса технологии механообработки в совокупности с распознанной конструкторско-технологической информацией в среде CAD осуществляют автоматизированную генерацию чертежа заготовки и карт операционных эскизов технологического процесса механообработки с автоматической простановкой технологических размеров, формированием проекции детали, указанием очередности и визуальной идентификацией обрабатываемых поверхностей (Фиг.8). Все это в комплексе позволяет кратно снизить затраты на трудоемкую подготовку графического комплекта технологической документации.

Все полученные по итогам оптимизации параметры размерного каркаса могут быть уточнены технологом в части изменения последовательности обработки, простановки размеров, величин минимальных припусков, номинальных значений и отклонений технологических размеров. Технолог производит уточнения для конкретизации технологического контекста (параметры покупной заготовки, установленные технологические параметры термических и химико-термических операций, ограничения технологического оборудования и т.д.). С учетом проведенных изменений производят автоматическую верификацию размерного каркаса технологии механообработки. В случае неприменимости внесенных изменений производится автоматическая выдача адресной диагностики с указанием недопустимых параметров и технологу предлагается провести корректуру их значений.

Автоматически сформированные CAD-модели эскизов доступны для редактирования и, аналогично размерному каркасу, могут быть уточнены технологом в части изменения последовательности обработки, простановки размеров, величин минимальных припусков, номинальных значений и отклонений технологических размеров.

Для обеспечения ассоциативности связей конструкторско- технологических данных системы проектирования технологических процессов, включающих взаимоувязанное семейство моделей детали, заготовки, конструкторско-технологической размерной структуры, этапов обработки, операционной технологии, а также чертеж детали, карту заготовки и технологические операционные эскизы, формируемые в CAD, производится автоматизированное распознавание, формирование и сохранение расширенных атрибутов графических примитивов, относящихся к поверхностям и размерам между ними, достаточных для хранения размерных каркасов чертежа и операционной технологии, включая метрики чертежных и технологических размеров.

Далее, после уточнения технологом любого операционного графического документа, производят автоматическое отображение изменений из CAD-модели карты эскизов в размерный каркас операционной технологии (Фиг.9) с его последующей верификацией. Это предоставляет технологу существенную гибкость в проведении настройки связей и параметров проектируемой технологии, предупреждает ошибки, что повышает качество технологической подготовки, и значительно сокращает затраты на проведение изменений в формируемых технологических документах.

Сформированный таким образом графический комплект технологической документации в виде CAD-моделей, содержащих размерный каркас технологии механообработки, сохраняется в пополняемой базе данных технологических решений и пригоден для дальнейшего использования в виде легко настраиваемого структурно- параметрического прототипа операционной технологии.

Таким образом, заявляемый способ является промышленно применимым и может быть реализован на любом машиностроительном предприятии или на предприятиях других отраслей и позволяет решать задачу существенного сокращения затрат на технологическую подготовку производства и повышение ее качества на этапах разработки и проектирования технологии механообработки высокоточных деталей и узлов сложных технических изделий.