Оптимизация технологических процессов механической обработки

ТМ АХ для рассматриваемых условий обработки (материал и вид заготовки, тип режущего инструмента и др.).

3.Определение наибольшего обрабатываемого диаметра заго­ товки.

4.Проверка необходимости двухсторонней обработки заготовки и выбор соответствующей подпрограммы управления вычислительным процессом.

5.Определение числа и последовательности переходов, расчет

межоперационных размеров Д З (/) и определение длины обработки LR для первой схемы (программа ОРТОВ-1).

6. То же для второй схемы (программа ОРТОВ-2).

7 Выбор оптимальной схемы по критерию минимума длины об­ работки M IN (LR).

8. Печать результатов проектирования.

Рассмотрим более подробно построение алгоритма выбора последо­ вательности обработки детали для второй схемы (рис. 18, б). При этом учитывались следующие принципы [81: для сокращения суммарной длины резания обработку вести по возможности с наибольшей допус­ тимой глубиной резания, определяемой видом обрабатываемого матери­ ала, типом инструмента, жесткостью системы СПИД и типоразмером станка; для сохранения жесткости детали обработку желательно на­ чинать со ступеней, имеющих наибольший диаметр; для сокращения вспомогательного времени стремиться обработать деталь за меньшее число переходов.

На рис. 19 приведена схема алгоритма выбора последовательности переходов в операции (программа ОРТОВ-2). В качестве входных

Д1 (/)• В логическом операторе 4 сравнивается величина припуска /-й

ступени с максимально допустимой глубиной резания. Если она не превышает величину PRIP (/), то выполняется первый переход с глубиной ТМАХ (оператор 5), в противном случае происходит пере­ ход к анализу (/ + 1) ступени с помощью операторов 17, 19. Специаль­ ная подпрограмма (оператор 6) выполняет определение длины резания

Рис. 19. Алгоритм выбора последовательности переходов в операции (программа

пэчать выводятся данные о диаметрах заготовки ДЗ (/) для каждой ступени после выполнения всех переходов и суммарная длина резания L R , на основе которой может быть выполнено сравнение последова­ тельности обработки для выбора оптимального варианта.

^rQt) и Яиц, полученная на операции термообработки более высокая ^ЗДрдость материала оказывает влияние на величину этих коэффици­ ентов наследственности.

В этой связи Необходимо также отметить, что технологическая наследственная св^зь проявляется не только в изменении одноимен­ ных Характеристик» но и во взаимодействии характеристик, на первый нагляд не свяаанНЫх корреляционной связью между собой. В рас­ сматриваемом эксперименте величина исходной шероховатости Ranред °пределяда некоторым образом практически все исследуемые пара­

метры, Даже такие, как величину упрочнения поверхностного слоя Ни.

Существенное отличие коэффициента технологической наследствен­ ности а проявляйся не только в разнице значений коэффициентов ДЛя отдельных факторов в зависимостях (2.38) и (2.39), но и в харак­ тере действия саМНх факторов. Для принятых диапазонов варьиро­ вания факторов возрастание силы тока / приводит при предваритель­ ной обработке точением к снижению значений Ra, а при шлифовании наблюдается обратное действие. Физический смысл этого явления объясняется сильНЬш влиянием высоты и формы микрогеометрии на величину электрического сопротивления контакта инструмента и де­ тали и связанного с этим выделением разного количества тепла, кото­ рое в одном случае улучшает, а в другом — затрудняет процесс пластического деформирования и получения шероховатости с мень­ шими значениями Ra.

Получение многочисленных частных зависимостей типа (2.37) для различных характеристик качества поверхности представляет ряд сложностей при Планировании и проведении эксперимента. Более универсальным решением является использование в качестве одного из входных факторов некоторых комплексных выражений, например безразмерного комплекса Д = RmaJp 61/v, гдe/?max, р, 6, v — харак­ теристики шероховатости (высота микронеровностей, радиус высту­ пов и параметры кривой опорной поверхности). В этом случае выра­

жение (2.36) может быть записано как Ra = аД„ред.

Применительно к ЭМО эти коэффициенты технологической наслед­ ственности будут равны при предварительной обработке точением

S0-31 (Я Б )0,71

— 0,32, а-гоч — ^0,31д0,06у0.25/:0,57 *

и шлифованием

buin — 0,42, Ошл — 0,02/°'71s0,38t°’“ (НВ)'0.23

Q0.07.,0JO

Для автоматизации проектирования ТП необходимо построение математических моделей, описывающих основные функциональные связи между технологическими факторами и параметрами качества поверхности и точности обработки. При проектировании технологи­ ческих маршрутов обработки должны быть учтены также закономер­ ности изменения основных параметров от одной операции к другой. Как было показано в работе [59], подобные закономерности могут быть

описаны в виде коэффициентов технологической наследственности, полученных преобразованием регрессионных зависимостей, найден­ ных методами планирования экстремальных экспериментов.

Общую структуру ТП можно представить в виде последовательно­ сти изменения основных параметров формы, точности и качества по­

менение параметра Rp на протяжении всего технологического про­ цесса в виде соответствующего набора коэффициентов технологиче­

здесь ар, Ьр — коэффициенты технологической наследственности для операции фр; Rp-\ — параметр качества обработки (характеристики точности или качества поверхности) после операции ФР_ь

В свою очередь, параметр /?р_ i может быть выражен аналогичной зависимостью

Аналогично могут быть получены зависимости для всех операций

здесь R0— исходное значение /-го параметра качества заготовки. Имея набор рассмотренных параметров и делая последовательную

Коэффициент технологической наследственности ah как было показано выше, описывает влияние технологических факторов Uu

ti2f ...» tin на рассматриваемый параметр качества обработки для one-'* рации ф, и может быть представлен в следующем виде:

Упрощая полученные выражения, вводим для обозначения обобщенные коэффициенты технологической наследственности:

Q ~ ^р»

^2 == ЬрЬр—I,

• • • •

Ср = bpbn-ib^ ? . .. bx.

После некоторых преобразований выражения (2.47) и соответствующих подстановок (2.48) получим

элементного представления всех технологических факторов рассмат­ риваемых операций, составляющий ТП обработки. Анализ выражения (2.49) показывает, что он может быть выражен в виде суммы действия окончательной операции и некоторой доли влияния предшествующих операций и исходного состояния заготовки — /?0, которое определя­ ется обобщенными коэффициентами технологической наследственности

С29 Ср.

Если на какой-то операции ф/ коэффициент технологической на­ следственности 6/ = 0, что соответствует отсутствию влияния исход­ ного качества состояния детали на окончательное состояние после

Это может служить в выражении (2.49) математической интерпретаци­ ей действия операции ф/ как «технологического барьера».

В связи с тем, что при изготовлении деталей требуется обеспе­ чить значительное число параметров точности, качества поверхности, формы деталей и т. д., то становится необходимым рассматривать более общие математические модели ТП, учитывающие влияние всех техно­

логических фэктрррэ на заданные параметры. Такая математическая модель может быть представлена системой уравнений, описывающих влияние технологических факторов на отдельные выходные параметры качества обработки:

Решение этой системы уравнений затруднительно из-за большого числа переменных, изменяющихся на различных уровнях. При не­ которых упрощениях эта задача может быть решена методами дина­ мического программирования. Так; в работе [59] для подобных слу­ чаев предлагается метод многоуровневого итерационного проектирова­ ния ТП. Особенность этого метода, как отмечалось ранее, состоит в разделении процесса проектирования на ряд различных по детализа­ ции уровней и разбиении на каждом уровне общей задачи проектиро­ вания на ряд более простых подзадач с взаимной оптимизацией ре­ шений между подзадачами одного и разных уровней. Использование многоуровнего процесса проектирования и проводимой в его рамках оптимизации упрощает решение задачи, однако не дает возможности комплексного решения при оптимизации ТП в целом. Выполненные исследования явления технологической наследственности 159] и ус­ тановление связей между отдельными элементами ТП — операция­ ми — позволяют создать его математическую модель и разработать методы комплексной структурной оптимизации.

8. Выбор рациональной системы станочных приспособлений

Задача поиска рационального применения той или иной конструк­ ции станочного приспособления в значительной степени определяет трудоемкость и себестоимость технологического процесса механиче­ ской обработки. Автоматизированному поиску и конструированию технологической оснастки посвящен ряд работ Г К. Горанского, А. Г Раковича, А. С. Пухова и других, в которых сформулированы исходные теоретические положения автоматизации проектирования, разработаны конкретные проектирующие системы. Однако в этих исследованиях недостаточно освещены вопросы оптимизации выбора технологической оснастки с учетом всех влияющих факторов.

В настоящее время в машиностроении используются шесть ос­ новных ССП: универсально-безналадОчные приспособления (УБП); универсально-наладочные приспособления (УНП); специализирован­ ные наладочные приспособления (СНП); универсально-сборные при­ способления (УСП); сборно-разборные приспособления (СРП); не­ разборные специальные приспособления (НСП).

Каждый из существующих видов технологической оснастки имеет свою область эффективного применения.

1. УБП представляют собой законченные механизмы многократ­ ного использования и применяются в условиях единичного и мелко­ серийного производства, а также в серийном производстве при осна­ щении малотрудоемких по подготовительному времени операций. Для подготовки УБП к работе требуются наименьшие затраты времени по сравнению с другими видами оснастки, кроме специальной. Однако эти приспособления не имеют в составе комплекта стандартных ус­ тановочных, направляющих и других элементов, что ведет к значи­ тельным потерям вспомогательного времени, ограничивает универ­ сальность, технологические возможности, получаемую точность.

2. УНП состоят из базовой единицы и наладочной части; применя­ ются в условиях многономенклатурного мелкосерийного, серийного и крупносерийного производства в условиях групповой обработки деталей.

3.СНП состоят из специализированной, чаще всего механизиро­ ванной, базовой сборочной единицы и специальных сменных наладок для установки близких по схемам базирования, закрепления обраба­ тываемых деталей и по характеру их обработки. СНП применяются в условиях от мелкодо крупносерийного производства.

4.УНП и СНП имеют следующие преимущества: эффективное ис­ пользование группового метода обработки, меньшие удельные затраты при оснащении по сравнению с УСП и СРП, большой диапазон регу­ лирования наладочных элементов, возможность эффективного при­ менения на станках с ЧПУ К недостаткам УНП и СНП относятся не­ обходимость проектирования и изготовления специальных сменных наладок или наладочных регулируемых элементов;, отсутствие взаимособираемости с элементами других, часто применяемых видов универ­ сально-сборной и переналаживаемой оснастки; недостаточный уровень

универсальности и степени унификации базисных агрегатов.

5. УСП используются в условиях единичного и мелкосерийного производства. Они собираются из заранее изготовленных деталей и сборочных единиц высокой прочности и точности без последующей их доработки. УСП имеют сравнительно большой срок службы (12— 15 лет), что дает возможность многократно применять детали и сбороч­ ные единицы в разных компоновках. Поэтому, несмотря на высокую первоначальную стоимость комплектов УСП, себестоимость ко:\ п i о- вок приспособлений невелика. Однако элементы УСП обладают в ряде случаев недостаточной жесткостью, из-за чего приходится зани­ жать режимы резания. Компоновки УСП не всегда обеспечивают необходимую точность и стабильность точностных параметров при об­ работке крупных партий деталей, так ка^ под воздействием сил

резания и наличия большого числа стыков, а также соединения паз — шпонка возникают смещения и вибрации, приводящие к недопустимым: погрешностям. Вследствие этого не рекомендуется их использование

вусловиях серийного и крупносерийного производства.

6.СРП отличаются более высокой, чем в УСП, жесткостью и при­ меняются в основном в мелкосерийном и серийном производстве. СРП имеют высокую оперативность сборки, уровень механизации, точность и производительность, возможностьэффективного примене­ ния на станках с ЧПУ. Необходимость изготовления специальных наладок, отсутствие унификации с УСП и другими видами перенала­

живаемой оснастки требуют проектирования специальных деталей и переходных элементов, увеличивают время подготовки приспособ­

представляют собой необратимые конструкции, не предназначенные для разборки с целью повторного использования. НСП применяют в основном в условиях крупносерийного и массового производства при редкой (не чаще, чем один раз в 3—5 лет) смене изделий.

Применение станочных приспособлений способствует решению двух основных задач: обеспечения заданной точности обработки и по­ вышения производительности и облегчения труда рабочих.

Для выполнения операции ТП могут быть использованы при­ способления, равноценные по точности, но различные по их сложности, себестоимости и производительности. Выбор системы оснащения для нового изделия зависит и от того, какими приспособлениями пользо­ вался завод ранее и на какую серийность осваиваемых машин он мо­ жет рассчитывать в дальнейшем.

В настоящее время ряд работ посвящен выбору рациональных систем станочных приспособлений и его автоматизации. Так, справоч­ ное приложение к ГОСТ 14.305—73 рекомендует определять эффектив­ ность применения систем приспособлений в зависимости от их загруз­ ки, т.е. от коэффициента загрузки k3и периода производства изделий Тп.

Наиболее полное описание и разработка методов ускоренной под­ готовки конструкций станочного оснащения приводится в работе 139]. В них дан анализ систем информационного поиска технологиче­ ской оснастки, обоснован и разработан метод системной унификации станочных приспособлений, предложен и реализован на ЭВМ метод автоматизированного выбора рационального варианта оснащения. Однако в этих работах основное внимание уделено разработке и при­ менению ИСП и унификации в автоматизированных системах подго­ товки технологической оснастки и недостаточно внимания уделено рациональному выбору самой ССП. Кроме того, в связи с тем, что в последние годы получены новые данные по определению затрат при оснащении технологических операций, алгоритм системы автомати­ зированного выбора, предложенный в работе [39], требует корректи­ ровки с учетом накопленной на сегодняшний день информации по вы­ бору и рациональному применению ССП.

После оценки коэффициента загрузки приспособления на детальоперации первым ограничением применения для конкретного случая