1.2Нормирование модели по критериям оптимизации

В соответствии с заданием были заданы критерии оптимизации:

1) максимальная производительность технологического процесса;

2) минимальные приведенные затраты на реализацию технологического процесса;

3) минимальная производственная площадь.

Нормирование модели подразумевает постановку в соответствие каждой вершине графа значение критериального параметра, представляющие собой значение выходных функциональных параметров, соответствующих используемым критериям оптимизации (см. таблицу 1.2). [3]

Таблица 1.2 - Соответствие критериев оптимизации функциональным параметрам технологического процесса

Критерий оптимизации	Функциональный (критериальный) параметр
Максимальная производительность технологического процесса	Штучно-калькуляционное время на выполнение технологической операции , мин
Минимальные приведенные затраты на реализацию технологического процесса	Приведенные затраты на выполнение технологической операции , руб
Минимальная производственная площадь	Площадь, занимаемая станком на данной операции

Для рассмотрения критерия максимальной производительности необходимо определить соответствующий критериальный параметр - штучно-калькуляционное время . Для его расчёта необходимо предварительно рассчитать режимы резания для каждой вершины графа.

Расчёт режимов резания произведён по [4] следующим образом:

а) определена максимальная глубина резания с учётом максимальной величины припуска. Глубина резания была назначена по [4, карта 2] - Глубина резания необходимая для получистовой, чистовой и отделочной стадий обработки. Глубина резания выбиралась в зависимости от: диаметра обрабатываемой детали, квалитета заготовки до обработки и квалитета получаемой после обработки детали;

б) по таблицам [4] определены табличные значения подачи и поправочные коэффициенты, учитывающие измененные условия работы (формулы см. ниже). Табличные значения подачи выбирались в зависимости от: получаемого квалитета после обработки, глубины резания и диаметра детали;

в) найденное значение подачи ( мм/об) скорректировано по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением подачи);

г) по таблицам [4], с учётом подачи и глубины резания, определено табличное значение скорости и поправочные коэффициенты (формулы см. ниже);

д) по результатам расчета скорости резания (м/мин) вычислена

частота вращения шпинделя:

об/мин,

где D - диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр осевого инструмента;

е) найденная частота вращения скорректирована по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя);

ж) с учётом скорректированной частоты вращения найдена фактическая скорость резания:

, м/мин.

з) определена минутная подача: мм/мин.

В соответствии с [4] расчёт режимов резания произведен по следующим формулам.

Расчет режимов резания для операций точения:

Подача определяется как

где - табличное значение подачи [мм/об];

( ) [4, карта 3, лист 1, поз. 2];

( ) [4, карта 3, лист 1, поз. 1];

( ) [4, карта 3, лист 1, поз. 2];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от инструментального материала;

, (Т15К6), [4, карта 3, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от способа крепления пластины.

, (пайка), [4, карта 3, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от сечения державки резца;

, ( ) [4, карта 5, лист 1];

, ( ) [4, карта 5, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от прочности режущей части;

, ( ) [4, карта 5, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от схемы установки заготовки;

, ( ) [4, карта 5, лист 2];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

, (твердость ), [4, карта 5, лист 2];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от состояния поверхности заготовки;

, (без корки), [4, карта 5, лист 3];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от геометрических параметров резца;

, ( , пайка); [4, карта 5, лист 3];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от жесткости станка;

, ( ), [4, карта 5, лист 4].

Скорость резания определяется по формуле:

,

где - табличное значение скорости (м/мин);

(при , ); [4, карта 21, лист 1, поз. 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;

(Т15К6), [4, карта 21, лист 1, поз. 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от группы обрабатываемости материала;

(сталь хромистая) [4, карта 23, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от вида обработки,

(при постоянной скорости резания), [4, карта 23, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от жесткости станка;

, ( мм); [4, карта 23, лист 2];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

, (твердость ); [4, карта 23, лист 2];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от геометрических параметров резца;

,( , пайка), [4, карта 23, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости режущей части резца;

, (Т=45 мин); [4, карта 23, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от наличия охлаждения;

, (с охлаждением), [4, карта 23, лист 3].

Расчет режимов резания для операции растачивания:

Подача определяется как

где - табличное значение подачи [мм/об];

( ) [4, карта 9, поз. 3];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от инструментального материала;

, (Т15К6), [4, карта 11, лист 4];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от способа крепления пластины.

, (пайка), [4, карта 11, лист 3];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от диаметра детали;

, ( ) [4, карта 11, лист 3];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от схемы установки заготовки;

, ( ) [4, карта 11, лист 2];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

, (твердость ), [4, карта 11, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от состояния поверхности заготовки;

, (без корки), [4, карта 11, лист 1];

- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от геометрических параметров резца;

, ( , пайка); [4, карта 11, лист 2];

Скорость резания определяется по формуле:

,

где - табличное значение скорости (м/мин);

(при , ); [4, карта 21, лист 1,];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;

(Т15К6), [4, карта 21, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от группы обрабатываемости материала;

(сталь хромистая) [4, карта 23, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от вида обработки,

(при постоянной скорости резания), [4, карта 23, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от жесткости станка;

, ( мм); [4, карта 23, лист 2];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

, (твердость ); [4, карта 23, лист 2];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от геометрических параметров резца;

,( , пайка), [4, карта 23, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости режущей части резца;

, (Т=45 мин); [4, карта 23, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от наличия охлаждения;

, (с охлаждением), [4, карта 23, лист 3].

Расчет режимов резания для операций сверления:

Подача определяется как

где - табличное значение подачи [мм/об];

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 4];

, ( , ), [4, карта 46, лист 2, поз. 2];

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

,(хромистая, твердость ); [4, карта 33, лист 1];

Скорость резания определяется по формуле:

,

где - табличное значение скорости (м/мин);

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 4];

, ( , ), [4, карта 46, лист 2, поз. 2];

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];

, ( , ), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

, (хромистая, твердость ); [4, карта 53, лист 1];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от применения охлаждения;

, (с охлаждением), [4, карта 53, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от состояния поверхности;

, (без корки), [4, карта 53, лист 3];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;

, (Р6М5), [4, карта 53, лист 4];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от формы заточки инструмента;

, (Н), [4, карта 53, лист 4];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от длины рабочей части сверла;

, (ГОСТ 10903-77), [4, карта 53, лист 4];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от покрытия инструментального материала;

, (без покрытия), [4, карта 53, лист 5];

- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости к нормальному ;

, (отношение до 1,0), [4, карта 53, лист 6].

Расчет норм времени для универсальных станков с ручным управлением выполнен по методике [5]:

Значение штучно-калькуляционного времени рассчитано по формуле:

,

где - подготовительно-заключительное время, мин;

n - число деталей в партии, шт;

- штучное время, рассчитываемое в сдою очередь как

,

где - основное (машинное) время, мин;

- вспомогательное время на операцию, мин;

- время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места и личные надобности рабочего, берущееся в процентах от оперативного ( ) времени.

Основное время рассчитано как

,

где L - ход инструмента, мм;

- минутная подача, мм/мин.

Вспомогательное время рассчитано по формуле

,

где - вспомогательное время на установку и снятие детали;

- вспомогательное время, связанное с переходом (подвод и отвод

инструмента, смена инструмента, изменение режимов обработки и др.);

- вспомогательное время на контрольные измерения, по каждому переходу.

Подготовительно-заключительное время:

- подготовительно-заключительное время на наладку станка;

- подготовительно-заключительное время на дополнительные приёмы;

- подготовительно-заключительное время на получение инструмента, приспособления и заготовок до начала работы и сдачу после окончания обработки.

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени выбраны по [5].

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для токарных операций:

= 0,35 мин - в самоцентрирующемся патроне с креплением ключом без выверки,

= 0,13 мин - при продольном точении,

= 0,08 мин - при изменении числа оборотов шпинделя,

= 0,07 мин - при изменении величины или направления подачи,

= 0,07 мин - при смене резца поворотом резцовой головки,

= 0,6 мин - при установке и снятии инструмента,

= 0,06 мин - при открытии и закрытии щитка от забрызгивания эмульсией,

= 0,06 мин - при установке и снятии вкладышей упора,

= 0,16; 0,19; 0,13; - при измерении штангенциркулем (измеряемый размер до 100; 200; 50 мм соответственно),

= 4,0 % - наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной до 400 мм для токарных станков; процент от оперативного времени; [5, карта 21],

= 16 мин - на наладку станка, инструмента и приспособления,

= 7 мин - на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания работы,

= 4 мин - на получение наряда и чертежа,

= 2 мин - на инструктаж мастера.

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для операций сверления:

= 0,29 мин - в тисках с винтовым зажимом,

= 0,07 мин - при сверлении по разметке с механической подачей,

= 0,08 мин - при изменении числа оборотов шпинделя,

= 0,17 мин - при установке и снятии инструмента,

= 0,07 мин - при выводе сверла для удаления стружки,

= 0,13; - при измерении штангенциркулем (размер до 50 мм),

= 4,0 %

= 11 мин - на наладку станка, инструмента и приспособления,

= 7 мин - на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания работы,

= 4 мин - на получение наряда и чертежа,

= 2 мин - на инструктаж мастера.

Расчёт норм времени для станков с числовым программным управлением выполнен согласно методики и нормативам [6]::

,

где - подготовительно-заключительное время, мин;

n - число деталей в партии, шт; (n=1000);

- штучное время, рассчитываемое в сдою очередь как

,

где - основное (машинное) время, мин;

Основное время рассчитано как

,

где L - ход инструмента, мм;

- минутная подача, мм/мин.

- вспомогательное время на операцию, мин;

Вспомогательное время рассчитано по формуле

где - вспомогательное время, связанное с операцией;

где - время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности;

Подготовительно-заключительное время:

где - подготовительно-заключительное время на организационную подготовку;

- подготовительно-заключительное время на наладку станка, приспособлений, инструмента, программных устройств;

- время на пробную обработку детали.

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для токарных операций:

= 0,32 мин - при установке в патроне с ключом без выверки; [5, карта 4, поз. 12];

= 0,1; 0,14; 0,19; - при измерении штангенциркулем (измеряемый размер до 50; 100; 125 мм соответственно),

= 0,32 мин - установить заданное взаимное положение детали инструмента,

= 0,15 мин - проверить приход детали,

= 0,03 мин - установить и снять щиток от забрызгивания эмульсией,

= 8 % - станки токарные, наибольший диаметр, устанавливаемого над станиной до 420 мм,

= 9 мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспосо-блений, заготовок;

= 2 мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;

= 2 мин на инструктаж мастера;

= 5 мин на установку и снятие четырёхкулачкового патрона;

= 1,6 мин на установку и снятие двух инструментов в инструментальный магазин;

= 1 мин на установку и снятие программоносителя в считывающее устройство;

= 1,2 мин на проверку считывающего устройства;

= 1,2 мин на ввод программы в память системы;

Т_{ПР обр.} = 5,1 мин на пробную обработку;

Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для операций сверления:

Т_{В уст} = 0,23 мин на установку в тисках с винтовым зажимом;

Т_{В оп} = 0,2 мин вспомогательное время связанное с операцией;

Т_{В изм} = 0,09 мин при измерении штангенциркулем;

а_тех + а_орг + а_от.л = 8%;

= 4 мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспособлений, заготовок;

= 2 мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;

= 2 мин на инструктаж мастера;

= 2 мин на установку и снятие патрона;

= 1,2 мин на настройку кулачков самоцентрирующегося патрона;

= 0,25 мин на установку исходных режимов работы станка;

= 0,8 мин на установку программоносителя;

= 0,3 мин на настройку устройства для подачи СОЖ;

= 1,5 мин на установку исходных координат x и y;

Т_{ПР обр.} = 4,5 мин на пробную обработку;

По результатам выполненных расчетов штучно-калькуляционного времени, являющегося одним из критериальных параметров (см. таблицу 1.2), осуществлен поиск значений остальных критериальных параметров.

Приведённые затраты на выполнение технологической операции, соответствующей вершине графа X, вычислены по формуле:

где - нормативное (см. [6]) значение часовых приведённых затрат, связанных с работой оборудования на соответствующей операции.

Площадь, занимаемая станками на технологической операции, соответствующей вершине графа рассчитана по формуле:

где - нормативное значение площади, занимаемой технологическим оборудованием на операции, соответствующей вершине ;

N – расчетная годовая программа на группу технологически однородных деталей;

– нормативное значение коэффициента загрузки оборудования; по машиностроению принимают ;

- годовой фонд времени работы станка на операции соответствующей i-ой вершине. Нормативная величина определяется справочником, норм часов в год.

Для удобства расчета критериальных параметров было использовано программное приложение «Microsoft Excel» пакета программ «Microsoft Office – 2003». [9]

Результаты расчёта критериальных параметров приведены в таблице 1.3 и на самой математической модели, для удобства анализа полученных результатов (см. чертеж 2106 369247 000 ММ).