14. Оптимизация режимов резания.

Оптимизация функционирования системы резания

Теория оптимизации в современном представлении включает в себя совокупность фундаментальных математических результатов и численных методов, ориентированных на нахождение наилучших вариантов из множества альтернатив и позволяющих избежать полного перебора в оценке возможных вариантов.

Оптимальная система (от лат. optimus – наилучший) – это система, для которой выработанный определенным образом критерий (редко несколько критериев) принимает оптимальное значение. Такими критериями могут быть, например, быстродействие, минимум затрат, точность и др., либо обобщенные критерии, представляющие собой функцию нескольких величин.

Оптимизация системы резания – это выбор такого варианта управления процессом резания, при котором достигается экстремальное значение критерия, характеризующего качество управления. При этом разделяется два понятия: критерий оптимизации и критерий оптимальности. Критерий оптимизации или целевая функция – это критерий, который определяет качество управления процессом, а критерий оптимальности – его заданная величина. В свою очередь критерии оптимизации разделяются на дифференциальные и интегральные. К дифференциальным или локальным критериям относятся физические (удельная энергоемкость процесса, температура резания, интенсивность изнашивания инструмента и др.). Интегральные и обобщенные критерии основаны на комплексной оценке разных сторон процесса резания (скрытая энергия деформирования поверхностного слоя детали) или комбинация различных оценок одного и того же критерия при решении минимаксных задач оптимизации. По назначению оптимизацию подразделяют на структурную, предназначенную для оптимального построения структуры (последовательности) переходов и операций при механической обработке, и на парметрическую – для назначения оптимальных параметров процесса резания. Оптимизация может быть внешней, реализуемой вне станка, и внутренней, осуществляемой при обработке на станке. В зависимости от поставленных целей оптимизация может быть одноцелевой, когда ищется экстремум одной целевой функции, и многокритериальной (многоцелевой) при поиске экстремума нескольких критериев оптимизации. Для автоматизированного производства многокритериальная оптимизация представляется наиболее перспективной, так как она призвана разрешить противоречия между экономическими показателями процесса резания и условиями его протекания.

Оптимизация может выполняться в детерминированной (статической) постановке при постоянных значениях всех входящих в модель параметров и в стохастической (динамической) постановке при учете вероятностной природы процесса резания.

Задача оптимизации представляется в общем виде: , при технологических ограничениях ; ; , где - критерий оптимизации, зависящий от управляемых и постоянных параметров процесса; D – область допустимых значений ; , - постоянные.

Математическая модель глобальной задачи: , где - постоянная; F(х) – величина производственного цикла изготовления детали; Х – множество, отражающее систему ограничений по свойствам конструкции, особенностям производственной системы и технологические ограничения.

С учетом этих общих представлений под оптимизацией функционирования системы резания понимается определение наилучших параметров (свойств), сочетаний и связей элементов обрабатывающей системы (станка, приспособлений, инструментов, деталей, технологических сред, кинематической схемы вида обработки, режима резания (υ, S, t)), имеющих место на входе системы резания, а также характеристик процесса резания (контактных, динамических, тепловых и т. д.) по техническим, в том числе технологическим и физическим, организационным и экономическим критериям, обеспечивающим наилучшие показатели на выходе системы резания (производительности, качества, стойкости, себестоимости).

Оптимизация процесса резания чаще всего обуславливается характеристиками обрабатываемости материалов резанием.