Что такое приспособление? Как развивается технология?

Зачем нужны приспособления?

Будь то традиционное производство или современные гибкие производственные системы, приспособления играют важную роль в процессе производства и обработки. Их основная функция — фиксация и позиционирование заготовки таким образом, чтобы она оставалась стабильной и точной во время обработки. В частности, есть несколько важных причин для использования приспособлений:

1. Обеспечение точности и качества обработки

Точное позиционирование: приспособление может точно позиционировать заготовку, чтобы гарантировать точность каждой позиции обработки во время обработки. Это помогает поддерживать постоянный размер и форму заготовки и гарантировать качество конечного продукта.

Надежный зажим предотвращает перемещение и вибрацию заготовки, уменьшая количество ошибок и дефектов поверхности.

2. Повышение эффективности производства.

Использование приспособлений сокращает время зажима и регулировки, повышая эффективность производства. Например, можно быстро настроить комбинированное приспособление для разных заготовок.

Увеличение скорости: стабильное приспособление обеспечивает более высокую скорость обработки, повышая производительность.

3. Повышение безопасности труда

Избегайте удерживания заготовки: удерживание заготовки небезопасно во время высокоскоростной резки или тяжелой обработки. Приспособление может надежно зафиксировать заготовку, снижая риск прямого контакта рабочих с инструментами и заготовками.

Использование приспособлений сокращает необходимость ручной регулировки и зажима, снижая утомляемость рабочего.

4. Улучшить однородность заготовки

Повторяемость: приспособление делает положение обработки и метод каждой заготовки постоянными, тем самым гарантируя последовательность обработки. Это особенно важно для массового производства, которое может гарантировать, что спецификации и производительность каждой партии продукции одинаковы.

Стандартизированное производство: приспособление обеспечивает стандартизированный зажим и обработку, упрощая производство и сокращая количество ошибок и дефектов.

5. Экономия производственных затрат

Сокращение отходов: приспособления повышают точность и последовательность, сводя к минимуму отходы из-за неточного позиционирования или нестабильного зажима, а также сокращая производственные затраты.

Сокращение времени обработки: приспособления сокращают время зажима и регулировки, повышая скорость и сокращая производственный цикл, что позволяет экономить средства.

6. Адаптация к многовариантному и мелкосерийному производству

Мы можем быстро настраивать гибкие приспособления в соответствии с потребностями обработки различных заготовок, что идеально подходит для многономенклатурного мелкосерийного производства.

Мы можем быстро заменять и настраивать приспособления, сокращая время переналадки и повышая гибкость производства.

7. Повышение управляемости производственного процесса.

Контроль над процессом: арматура может обеспечить последовательность и повторяемость в ходе обработки, делая процесс более контролируемым и простым для мониторинга и корректировки.

Использование приспособлений для фиксации заготовки улучшает прослеживаемость качества на каждом этапе производства, способствуя контролю качества.

Конструкция приспособлений имеет решающее значение в производстве, поскольку она напрямую влияет на качество обработки, эффективность и стоимость.

Что такое гибкое приспособление?

Гибкое приспособление — это устройство для фиксации заготовки, предназначенное для адаптации к многовариантному и мелкосерийному производству. Вы можете гибко настраивать и перенастраивать его для адаптации к формам и размерам различных заготовок. Концепция конструкции гибких приспособлений заключается в повышении эффективности производства, снижении затрат и сокращении времени настройки оборудования для адаптации к потребностям современного производства в гибкости и быстром реагировании.

Гибкие приспособления появились с развитием гибких производственных систем и компьютерно-интегрированных производственных систем (CIMS). С внедрением CIMS многовариантное мелкосерийное производство привлекло все большее внимание, а гибкие приспособления, которые адаптируются к потребностям таких продуктов и изменениям в производстве, стали еще более незаменимыми.

Основные этапы проектирования приспособления

Проектирование приспособления обычно включает в себя следующие этапы:

Планирование установки: подтвердите позиционирование, количество зажимов, метод позиционирования заготовки при каждом зажиме, g и обрабатываемую поверхность во время обработки.

Планирование: подтвердите позиционирующую поверхность, позиционирующую точку, а также зажимную поверхность и точку зажима на заготовке во время обработки.

Проектирование конфигурации: выберите компоненты приспособления и соберите их в приспособление, которое может зажать заготовку.

Проектирование конфигурации приспособления стало важным вопросом в области CAFD. С применением все большего количества Станки с ЧПУ и обрабатывающие центрымногие процессы можно выполнить за один зажим, что требует надежной конструкции конфигурации приспособления.

Исследования и разработки гибких приспособлений

1. Обзор развития гибких приспособлений

Технологическое оборудование производственного процесса включает выбор и проектирование инструментов, приспособлений, испытательного оборудования и пресс-форм. Для снижения стоимости зажима и времени подготовки производства необходим гибкий зажим.

В целом, гибкое приспособление адаптируется к изменениям и остается пригодным для использования даже при определенном изменении формы и размера заготовки.

Изменение заготовки может быть как небольшим, со схожими формами и размерами, так и большим, со значительными различиями в форме и размерах.

Определение гибких приспособлений остается неопределенным, без четких границ или определений. В общем, это приспособления, которые станки и обрабатывающие центры используют для зажима различных заготовок.

Гибкие приспособления включают комбинированные приспособления, программируемые приспособления, общие гибкие приспособления, гибкие приспособления для материалов с изменяемой фазой и другие приспособления.

Использование различных материалов с изменяемой фазой позволяет создавать различные типы приспособлений.

Механические приспособления зажимают только небольшие области или отдельные точки, в то время как приспособления для материалов с изменяемой фазой эффективно зажимают сложные, деформируемые заготовки.

1.1 Инновационные гибкие приспособления

Включая три типа

1) Аутентичные приспособления с изменением фазы и гибкие приспособления с изменением псевдофазы.

Этот тип приспособления использует физические свойства материала для перехода между жидкой и твердой фазами. Когда материал находится в жидкой фазе, пользователь помещает заготовку в контейнер, заполненный материалом. Затем внешняя стимуляция запускает быстрое затвердевание материала, зажимая заготовку на месте. После обработки пользователь возвращает материал из твердой фазы обратно в жидкую, чтобы освободить и извлечь заготовку.

Материал псевдофазового перехода имитирует двунаправленные свойства материала истинного фазового перехода с использованием псевдоожиженного слоя частиц. Этот подход использует физический метод, чтобы заставить материал перейти из «твердого состояния» в «состояние потока». Этот процесс, называемый псевдофазовым переходом, имитирует видимость фазового перехода без фактического фазового перехода.

Основной принцип заключается в заполнении псевдоожиженного слоя мелкими металлическими частицами и введении воздуха через входные отверстия в нижней части слоя. Мелкие металлические частицы закапывают стандартные компоненты, размещенные внутри. Процесс начинается с зажима заготовки, а затем введения газа через входные отверстия для воздуха для разрыхления частиц. Наконец, рабочие извлекают заготовку для завершения обработки.

2) Адаптируемые приспособления:

Речь идет о приспособлениях, зажимные элементы которых могут автоматически подстраиваться под форму заготовки, то есть они могут изменять свою форму при зажиме, чтобы приспособиться к изменениям заготовки.

3) Модульные программно-управляемые светильники:

Сервосистема управляет позиционирующими, зажимными и поддерживающими элементами. Программы ЧПУ устанавливают эти элементы на двунаправленной подвижной направляющей и проектируют различные конфигурации креплений.

1.2 Инновации в традиционных приспособлениях

Регулируемые и комбинированные приспособления делят традиционные приспособления на две категории.

Регулируемые приспособления включают в себя общие регулируемые приспособления и специальные регулируемые приспособления. Последние в основном используют технологию группировки в качестве технического инструмента.

Стандартизация компонентов привела к разработке комбинированных приспособлений как нового типа технологического оборудования.

2. Комбинированное приспособление

Это приспособление представляет собой новый тип технологического оборудования, разработанного на основе стандартизации деталей. Система комбинированного приспособления включает в себя различные компоненты и может использоваться для различных целей, таких как позиционирование и зажим по вертикали или горизонтали.

Комбинированные приспособления можно разделить на различные типы в зависимости от случаев их использования:

Приспособления для токарных станков, сверлильных станков, расточных станков и станин.

Он разделен на восемь категорий: основные детали, опорные детали, позиционирующие детали, направляющие детали, зажимные детали, крепежные детали, вспомогательные детали и сборочные детали.

Комбинированные приспособления сокращают время подготовки производства, обеспечивают качество и повышают экономические выгоды, что делает их идеальными для многономенклатурного мелкосерийного производства.

В связи с быстрым развитием гибкого оборудования и систем обработки гибкие комбинированные приспособления со стандартизированными компонентами стали необходимыми для производственных систем.

Обычно существует два типа систем комбинированного крепления:

Системы на основе Т-образных пазов и штифтов (также называемые системами на основе отверстий).

Производственная промышленность разрабатывает и использует комбинированное приспособление на основе Т-образного паза уже более 50 лет.

Он реализует точное позиционирование заготовки через взаимно перпендикулярные и параллельные Т-образные пазы на основании.

В этой системе при креплении элементов крепления на одном ряду Т-образных пазов следует разумно организовать порядок сборки элементов крепления.

В мире существует множество систем комбинированных креплений на основе Т-образных пазов, наиболее известными из них являются: системы Wharton Unitool (Англия), YCT (Россия), CATIC (Китай) и Halder (Германия).

Комбинированное приспособление на основе штифтов в основном реализует точное позиционирование и крепление компонентов приспособления через позиционирующие отверстия в основании.

Основными системами являются:

BlucoTechnik (Германия, США), Kipp (Германия), Qu-Co (США), Stevens (США), CarLane (США), SAFE (США), TJMGS (Китай), CPI (Россия).

Модульные приспособления — это гибкие методы зажима с большим потенциалом в FMS и CIMS. Ключевой технологией для их применения является технология компьютерного приспособления, которая включает CAFD, проверяет конструкции приспособлений и управляет приспособлениями.

Для адаптации к гибкому производству появилась новая концепция приспособлений и система зажимов, а именно гибкие приспособления, которые являются расширением и развитием традиционных модульных приспособлений и гибких приспособлений.

Индустрия оборудования все больше ценит его за хорошую реконфигурируемость, масштабируемость, открытость, высокую адаптивность, быструю реакцию на новые продукты и высокую скорость реконструкции.

Решающее значение имеет улучшение способности производственных систем быстро реагировать на изменения в продукции, сокращать циклы проектирования и производства, повышать гибкость, снижать затраты и улучшать качество продукции.

Компьютерное проектирование приспособлений (CAFD)

1. Развитие КАФД

За последнее десятилетие исследования в области производства были сосредоточены на совершенствовании CAD/CAM и CAPP.

Только за последние 20 лет CAFD превратился в важный компонент интегрированной технологии CAD/CAM и важный аспект CAPP. Это связующее звено между проектированием и производством в среде CIMS.

С появлением систем CAD/CAM проектировщики применяют CAFD для проектирования приспособлений, стремясь сократить производственные затраты и циклы, при этом ключевой целью является сокращение цикла подготовки.

Фу и др. представили первое поколение интерактивной системы проектирования приспособлений CAFD (I-CAFD), которая интегрируется с программным обеспечением САПР, использует возможности графической обработки САПР и включает в себя библиотеку компонентов приспособлений и меню последовательности сборки.

Целью разработки I-CAFD является:

1) Больше дизайнеров могут интерактивно проектировать приспособления для выполнения более сложных задач по проектированию приспособлений;

2) Сократить цикл разработки за счет предоставления инструментов геометрических операций;

Второе поколение CAFD, разработанное в середине 1980-х годов, создало два типа систем CAFD, основанных на вариантных и генеративных методах:

Групповые технологии (ГТ) и знания (З).

При использовании метода проектирования вариативных приспособлений конструкторы адаптируют существующие конструкции для аналогичных деталей в пределах семейства компонентов, изменяя характеристики обработки, операции и последовательности установки.

С помощью системы кодирования групповой технологии мы корректируем исходные аналогичные элементы приспособлений в библиотеке приспособлений для адаптации к требованиям обработки новой заготовки.

Если восстановить аналогичное приспособление невозможно, можно воспользоваться методом генеративного проектирования приспособлений, чтобы создать новую схему проектирования приспособлений, а затем добавить вновь сгенерированный код приспособления в библиотеку приспособлений для использования в следующем проектировании.

CAFD, разработанный после 1990-х годов, является третьим поколением. Характерной чертой CAFD в эту эпоху является то, что он обратился к программному проектированию приспособлений с целью разработки структуры приспособлений для продукта и фактического применения в производстве в качестве ориентации.

В настоящее время развитие CAFD значительно сократило цикл разработки производства, оптимизировало производственный процесс, проверило последовательность производственных процессов и играет все более важную роль в FMS и CIMS.

Автоматизированное проектирование приспособлений в основном сосредоточено на исследованиях по планированию приспособлений, включая алгоритм, предложенный Demeter для выбора положений позиционирования и зажима:

Менаса и ДеВрис изучали планирование приспособлений на основе кинематического анализа;

Система правил, разработанная европейскими учеными Фамом, де Самом Лазаро и др., используется для проектирования комбинированных приспособлений для призматических заготовок:

Харгроув SK и Кусиак A сделали всесторонний обзор развития современной CAFD в литературе и предложили будущие тенденции и потребности развития.

Основанная на знаниях CAFD организует знания экспертов в правила и принимает различные решения на основе механизма рассуждений экспертной системы.

Поскольку применение правил не очень реалистично, ШуХуан Сан и ДжаХау Льюис Чен предложили интеллектуальную систему проектирования приспособлений, основанную на рассуждениях на основе прецедентов (CBR), для решения проблем, которые не могут решить экспертные системы на основе правил:

1) Знания, заложенные в дизайне, слишком сложны, чтобы их можно было упростить до правил.

Правила накапливаются из аналогичных ситуаций в прошлом, тогда как проектирование осуществляется для конкретных случаев. Трудно завершить проектирование конкретных случаев посредством правил;

2) Эксперты не могут ясно выразить свои знания;

3) Для экспертных систем, основанных на знаниях, приобретение знаний по-прежнему является препятствием.

Предлагаемая система хранит опыт в виде случаев. Когда она сталкивается с новыми проблемами, она находит наиболее похожий случай из предыдущих случаев и изменяет его, чтобы соответствовать новой ситуации.

После решения проблемы это новое решение сохраняется как прецедент в библиотеке прецедентов и может быть применено снова при возникновении аналогичных ситуаций.

2. Основные направления исследований в области CAFD

1) Методы классификации, основанные на групповой технологии и рассуждениях на основе конкретных случаев при проектировании приспособлений;

2) Определение точек позиционирования и точек зажима посредством кинематического анализа;

3) Выбор поверхностей позиционирования и поверхностей зажима с использованием экспертных систем, основанных на знаниях;

4) Планирование приспособлений на основе геометрического анализа;

5) Анализ точности соотношений для выбора опорного положения;

6) Проектирование конфигураций комбинированных светильников.

Разработка автоматизированного проектирования приспособлений (AFD)

В последние годы отрасль производства крепежных изделий уделяет большое внимание проектированию модульных систем крепежных изделий, и в некоторых источниках содержится обзор последних разработок в этой области.

Тао, Кумар и Ни и др. проверили проблему блокировки силы в конфигурации приспособления методом геометрического расчета и предложили метод геометрического обоснования для определения оптимальной точки зажима и последовательности зажима.

Этот метод очень прост и эффективен для определения оптимальной точки зажима на основе предполагаемой компоновки точек зажима с учетом силовой блокировки.

Утпал Рой и Цзяньминь Ляо представили геометрический механизм рассуждений для проектирования автоматических приспособлений, сочетающий качественные и количественные рассуждения. Они проанализировали два типа деформации: контактную деформацию от зажима и изгиб от сил резания. На основе этого они оптимизировали положения опоры и зажима, обеспечив прочную и точную фиксацию заготовки во время обработки, и реализовали систему в прототипе.

Система AFD представляет собой интеллектуальную среду автоматического проектирования приспособлений, состоящую из 4 основных модулей:

1) полностью информатизированная модель продукта;

2) база знаний;

3) механизм рассуждения;

4) окончательная конфигурация приспособления.

По степени автоматизации мы разделяем системы проектирования приспособлений на интерактивные, полуавтоматические и автоматизированные.

Интерактивная система проектирования приспособлений предоставляет пользовательский интерфейс, помогающий пользователям выбирать подходящие компоненты на основе знаний проектировщика. Однако это отнимает много времени, поскольку пользователи должны выбирать зажимные поверхности, точки и компоненты на основе геометрии заготовки и требований к обработке, и ее компьютерные функции еще не полностью разработаны.

Улучшение полуавтоматической системы проектирования приспособлений основано на интерактивной системе, которая снижает потребность проектировщика в профессиональных знаниях. Автоматизированная система проектирования приспособлений дополнительно повышает эффективность и качество процесса проектирования приспособлений за счет автоматического определения точек зажима и выбора точных точек зажима из списка точек-кандидатов.

Кумар, Фу, Коу и др. разработали систему автоматического проектирования модульных приспособлений, основанную на применении передовых технологий САПР и ИИ в модульных приспособлениях, используя методы САПР и программную технологию 3-DCADICAM.

Система интегрирована с интерактивной и полуавтоматической системой проектирования приспособлений. Помимо автоматического определения точки зажима, она также может использовать подмодуль обнаружения помех при обработке для предотвращения помех между режущим инструментом и приспособлением во время обработки.

Ху и Ронг предложили быстрый алгоритм обнаружения помех, который упрощает модель компонента приспособления в двухмерную модель колеса с высокой информативностью. Он отличается от процесса обнаружения с использованием заполненных объектов и более эффективен при проверке приспособления.

Заключение

Оглядываясь на развитие отрасли производства приспособлений и результаты последних исследований, можно сказать, что, несмотря на более чем десятилетие исследований, в мире до сих пор не существует зрелого коммерческого программного обеспечения для производства приспособлений.

Поэтому разработка практического программного обеспечения САПР для приспособлений должна быть главным приоритетом в текущих исследованиях программного обеспечения для производства. Всеобъемлющая и комплексная система автоматического проектирования приспособлений, которая интегрирует технологию CAD/CAMI/CAE с программами ЧПУ и может обнаруживать помехи между режущими инструментами и комбинированными приспособлениями, является будущей тенденцией развития.

Из-за сложности конструкции приспособлений и постоянно меняющейся реальной ситуации исследованиям AFD сложно совершить прорыв за короткий период. Еще многое предстоит сделать, чтобы добиться применения в реальном производстве.