انتخاب سطوح موقعیت دهی و گیره بندی برای قطعات منشوری به کمک کامپیوتر

برنامه ریزی فرآیند تولید به کمک کامپیوتر به عنوان پلی برای ارتباط بین فرآیند طراحی و ساخت تلقی می شود.هدف برنامه ریزی نصب و قرار، دسته بندی اشکال ویژه مورد ماشینکاری در نصب و قرارهای مشخص، مرتب کردن این نصب و قرارها و ترتیب بندی عملیات در هر نصب و قرار است. هرچند ظاهرا این مرحله پله ورود به بحث برنامه ریزی فیکسچر می باشد، از محدودیت های برنامه ریزی فیکسچر نیز تاثیر می پذیرد، به گونه ای که بدون در نظر گرفتن احتیاجات نصب و قرار و فیکسچر به طور همزمان، دسترسی به یک طرح نصب و قرار مناسب امکان پذیر نیست. از طرف دیگر فیکسچرها ابزاری کاربردی در عملیات ساخت قطعات و محصولات می باشند که با جذب نیروها و ارتعاشات، قطعه را در طول عملیات در موقعیتی مشخص محکم نگه می دارند و وظیفه جاسازی و نگهداری قطعه کار را به عهده دارند. هدف این پایان نامه، برنامه ریزی نصب و قرار و برنامه ریزی فیکسچر بطور همزمان و در یک سیستم ساختار یافته است. بطوریکه سطوح موقعیت دهنده قطعات منشوری، با استفاده از اطلاعات مراحل نصب و قرار و با توجه به ویژگی های قطعه تولیدی از قبیل نوع شکل ویژه، تلرانسهای ابعادی و هندسی، مسیر نزدیک شدن ابزار و مساحت سطوح تعیین شوند. برای این منظور از قابلیت پیوند نرم افزار solid works با کدهای نوشته شده در برنامه های vba و vb.net استفاده شد. بعد از تعیین نصب و قرار و انتخاب سطوح موقعیت دهنده، چگونگی تاثیر چیدمان موقعیت دهنده ها بر کیفیت قطعه ماشینکاری اهمیت می یابد، لذا بعد از یافتن چگونگی این تاثیر با استفاده از اصول هندسه و جبر خطی، مدلسازی تحلیل تلرانسی با نرم افزار solid works مقایسه شد، با توجه به صحت مدلسازی صورت گرفته، بهینه سازی محل استقرار موقعیت دهنده ها برای به حداکثر رساندن کیفیت قطعه تولیدی، از روش الگوریتم ژنتیک استفاده شد. طراحی نصب و قرار و تعیین سطوح موقعیت دهنده دو فعالیت مهم و نزدیک به هم در برنامه ریزی فرایند قطعه کار هستند. در این تحقیق، روشی ارائه شده که به صورت نیمه خودکار طراحی نصب و قرار را بصورت بهینه و یا نزدیک به بهینه انجام می دهد. این الگوریتم مبتنی بر قانونِ ابداعی، علاوه بر تعیین توالی و طراحی نصب و قرار، سطوح موقعیت دهنده برای هر نصب وقرار را با توجه به تلرانسهای هندسی و ابعادی اشکال ویژه و چگونگی توپولوژی قطعه تعیین می کند. در سیستم ها و پژوهش های قبلی به اشکال ویژه بصورت یک شکل هندسی ماشینکاری نگاه شده بود و به تاثیر توپولوژی اشکال ویژه بر تعیین طراحی نصب و قرار و فیکسچر توجه نشده بود. در این پژوهش توانایی موقعیت دهی شکل ویژه در setup لحاظ شده است. تعیین setup و توالی آن، با توجه به توانایی موقعیت دهی قطعه بوسیله فیکسچر انجام شده، و کلیه مشخصات ابعادی و هندسی که برای تعریف موقعیت هندسی و ابعادی یک شکل ویژه ماشینکاری در نقشه چاپی لحاظ شده، در نظر گرفته شده است. می توان مطمئن بود قطعات تولید شده، با رعایت تمامی ابعاد و تلرانسهای موجود در نقشه ماشینکاری شده اند، و انباشت تلرانسی به حداقل رسیده است. اشکال ویژه ای که چند tad دارند هم به خوبی سازمان دهی شده اند. کارآیی الگوریتم با اعمال آن بر روی چند نقشه صنعتی تایید شده است. در مقایسه با روش گراف محور، هم روش گراف محور هم الگوریتم ابداعی تلاش کرده اند نصب و قرار قطعات مکعبی شکل را مشخص و تعداد آن را به حداقل برسانند، و در عین حال تلرانسهای ابعادی و هندسی را هم در نظر بگیرند. روش سیستماتیک تئوری گراف ها در برخی شرایط، تلرانس های باز را نادیده میگیرد. ولی الگوریتم ارایه شده به کلیه تلرانسها پایبند است. از طرف دیگر در روش گراف محور نمیتوان به یک شکل ویژه بیش از از یک مشخصه تلرانسی اختصاص داد. در حالیکه چنین محدودیت هایی در الگورتیم ابداعی وجود ندارد. انتخاب جهت پیشروی ابزار برای اشکال ویژه ای که چندین جهت دارند، پیش از طرحریزی نصب و قرار، به قیود مسئله افزوده و طرح ریزی را دشوار می کند. و این اتفاقی است که در روش تئوری گراف ها مانند پژوهش های دیگر رخ میدهد. در حالی که در الگوریتم ابداعی حاضر، تعیین جهت پیشروی ابزار برای اشکال ویژه ای که چندین جهت دارند، منوط به دستیابی به پیش نیازهایش می باشد، و این مهم در خلال اجرای فرایند طرحریزی انجام میشود، نه پیش از آن، تا از افزودن قید اضافی دوری شود. مهمترین دلیلی که الگوریتم ابداعی، نصب و قرار قطعه حاضر را در مراحل کمتری طرحریزی می کند، این قضیه لازم به ذکر است که تئوری گراف ها، بعد از طرحریزی نصب و قرار به انتخاب یک سطح مبنا پرداخته است، ولی الگوریتم ابداعی محدوده وسیعتری دربر گرفته است، و سطوح موقعیت دهنده را براساس روش فیکسچربندی 3-2-1 انجام میدهد. هر چند یک طرح نصب و قرار خوب با توجه به مشخصه های نقشه مهندسی و در نظر گرفتن قیود فیکسچربندی، انباشت تلرانسی را به حداقل می رساند، خطاهایی که در اجزای فیکسچر وجود دارند مانع از تولید قطعه با کیفیت می شود. بنابراین تعیین خطاهای مجاز برای فیکسچری که قطعه را موقعیت دهی می کند جهت رسیدن به خصیصه های سطحی که ماشینکاری می شود، بسیار مهم است. بنابراین علاوه بر کیفیت قطعه که بر انتخاب ماشین تولیدی تاثیر گذار است، خطای فیکسچر و به عبارت دقیق تر خطای موقعیت دهنده نیز باید درنظر گرفته شود. لذا یک ماژول ریاضی برای اندازه گیری خطای موقعیت سوراخ و فرآیند سوراخکاری توضیح داده شد. اساس اندازه گیری خطای موقعیت سوراخ برای دستیابی به تلرانس هندسی موقعیت، بر چیدمان موقعیت دهنده ها و مقدار خطای آنهاست. بنابراین از آنجاییکه چگونگی چیدمان موقیعت دهنده ها موجب چرخش حول سه محور مختصاتی و انتقال قطعه کار در راستاهای محور های مختصاتی می شوند، با استفاده از اصول هندسه و جبر خطی، که قبلا بسط داده شده میتوان مقدار خطای رخ داده در فرآیند سوراخکاری را نشان داد و به تحلیل تلرانسی آن پرداخت، و براساس مقدار کمیت خطا در راستاهای مربوطه با توجه به سطوح مبنایی که در نقشه چاپی به عنوان خصیصه مشخص شده بودند، با توجه به صحتی که مدل ریاضی بدست داده بود، و وجود خطاهای ناچیزی که در مقایسه با شبیه سازی نرم افزار سالیدورکس دیده شد، تصمیم بر آن شد تا از همین مدل برای بهینه سازی چیدمان موقعیت دهنده ها در یک نصب و قرار مشخص استفاده شود. تابع هدفی مناسبی بر اساس مدل ریاضی مربوطه تعیین شد، تا مبنایی برای بهینه سازی و به حداقل رساندن خطای شکل ویژه سوراخ باشد. عملیات بهینه سازی برای تعیین چیدمان موقعیت دهنده ها با هدف کاهش خطای موجود در شکل ویژه سوراخ با استفاده از الگوریتم ژنتیک در فصل چهارم به تفضیل توضیح داده شده است. اهمیت بهینه سازی حاضر از آنجایی است که اکثر بهینه سازی های صورت گرفته در حوزه طراحی قیکسچر و تعیین چیدمان موقعیت دهنده ها برای کاهش تغییر شکل های پلاستیک و الاستیک قطعه کار صورت گرفته است، چرا که قطعه در حین فرایند ماشینکاری علاوه بر نیروهای ماشینکاری در کشاکش و جدل میان نیروهای گیره بندی و نیروهای عکی العملی موقعیت دهنده ها نیز هست. از سویی دیگر بهینه سازی برای دستیابی به چیدمان موقعیت دهنده ها برای ارضای تلرانس های هندسی و ابعادی قطعه کار در تحقیقات محققانی همچون رانگ و هوانگ بصورت ابتدایی انجام شده، و تنها به مقایسه دو چیدمان خاص باهم پرداخته اند. در حالیکه در فصل حاضر محدوده ای بصورت کاربر متقابل با توجه با نوع اشکال ویژه و مساحت قطعه کار در نظر گفته شده تا از تمامی قابلیت قطعه کار برای یافتن چیدمان بهینه استفاده شود. مسئله مهم دیگر استفاده از دو نوع مختلف تقاطع برای هر نسل تولید شده است، تقاطع جابجایی و چرخش برای جابجایی خطاهای اختصاص یافته به موقعیت دهنده ها، و تقاطع ضربی که برای چیدمان موقعیت دهنده ها در نظر گرفته شده است، بهینه سازی در شرایطی که امکان تاثیر این دو روش تقاطع بر هم دارند، موجب پیچیدگی روند و نوع کار کد نویسی در نرم افزار مطلب شده است. در این سیستم، مدل سه بعدی قطعه کار به عنوان ورودی و طراحی فرایند و انتخاب سطوح موقعیت دهی و چیدمان بهینه موقعیت دهنده ها خروجی می باشند. اطلاعات اولیه مربوط به قطعه کار از قبیل نوع شکل ویژه، سطوح کنترل وتاخر و tad در محیط solidworks از نقشه 3 بعدی قطعه کار به صورت محاوره ای (نیمه اتوماتیک) مشخص می شود. کد نویسی سیستم محاوره ای مورد نظر با استفاده از زبان برنامه نویسی visualbasic و visualbasic.net انجام گرفته است. الگوریتم بهینه سازی ga هم در محیط matlab کد نویسی شده است. سیستم طراحی شده، قابلیت ایجاد طرح نصب و قرار به همراه تعیین سطوح موقعیت دهنده در هر قرار را داراست، و بهینه سازی چیدمان موقعیت دهنده ها نیز با توجه به طبیعت اجتناب ناپذیر از خطای آنها انجام شده است.