Оптимизация технологических процессов механической обработки

определении вида функционала F, обычно выполняется методом перебо­ ра. Приближенной аппроксимацией перебора, эффективной для по­

ной оптимизации ТП может быть применен при решении следующих задач выбора: вида заготовки и методов её изготовления; стадий и этапов при проектировании маршрута обработки; маршрута обработ­ ки; структуры операции; оптимальной технологической операции; структуры перехода; оборудования; систему станочных приспособ­ лений; конструкции станочного приспособления; конструкции режу­ щего инструмента; .многоинструментальной наладки; измерительной системы и др.

2.Выбор вида заготовим

иметодов ее изготовления

Выбор заготовки — важный этап технологического проектирова­ ния. Он во многом определяет качество готовых изделей и себестои­ мость их изготовления. Этот этап включает выбор рационального ви­ да заготовки, метода ее изготовления, определение припусков на об­ работку поверхностей и размеров заготовки, установление допусков на неточность их выполнения.

Под заготовкой обычно понимается предмет производства, из ко­ торого изменением формы и размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сбороч­ ную единицу (узел). В качестве исходных заготовок в машиностроении принимают следующие их основные виды [54]: отливки, полученные литьем в песчаные или металлические формы или другими способами; горячекатаный прокат обычной или повышенной точности, а также профильный фасонный и другой тип проката; поковки, полученные методом свободной ковки, ковкой в подкладных кольцах и штампах; штамповки (поковки), полученные также обработкой давлением — объемной горячей и холодной штамповкой; сварные заготовки из листового материала.

Выбор вида заготовки представляет сложную многовариантную задачу. При этом необходимость решения этой задачи может возни­ кать на различных этапах технической подготовки производства, а именно при конструировании и технологическом проектировании. В общем случае заготовка должна быть выбрана при конструировании детали и уточнена в отношении оптимального метода ее изготовления при технологическом проектировании. Выполнение этих работ или отдельных из них определяется видом детали и включает три подхода: 1) если деталь обрабатывается со всех сторон и к ней не предъявляют­ ся особые требования по физико-механическим свойствам и макро­

структуре металла, то выбор заготовки производится только техно­ логом; 2) если деталь обрабатывается со всех сторон, но к ней предъяв­ ляются особые требования, то конструктор, задавая требования к детали (например по расположению волокон металла), косвенно задает возможные методы получения заготовки; окончательное решение о выборе заготовки принимает технолог; 3) если деталь имеет необра­ батываемые поверхности, то конструктор предварительно задается определенным типом заготовок, указывая штамповочные или литей­ ные радиусы, уклоны и другие, а технолог определяет оптимальный метод получения заготовки. Решение о выборе заготовки в этом слу­ чае наиболее целесообразно проводить совместно конструктору и технологу.

В настоящее время при выборе вида заготовки конструктор практи­ чески не производит технико-экономических расчетов и принимает решение исходя только из своего опыта. То же можно сказать и в от­ ношении технолога. Постановка задачи оптимизации современных методов изготовления деталей и машин в целом требует разработки автоматизированных систем проектирования технологических процес­ сов механической обработки, включающей выбор оптимальных методов изготовления заготовки. Оптимизация выбора метода получе­ ния заготовки позволяет не только снизить затраты на ее изготовле­ ние, но и значительно сокращает трудоемкость и стоимость механи­ ческой обработки. Выбор оптимальной заготовки должен проводить­ ся по комплексным оценкам, которые учитывают затраты и трудо­ емкость выполнения всего технологического процесса изготовления детали. При нарушении этого условия может получиться так, что при незначительной себестоимости получения заготовки общая себесто­ имость изготовления детали окажется завышенной вследствие большой трудоемкости механической обработки. В то же время следует иметь в виду, что выбор исходной заготовки и методов ее изготовления в соответствии с ГОСТ 14.301—83 выполняется на первых этапах раз­ работки ТП и предшествует составлению маршрута и проектированию отдельных технологических операций. Это создает определенные труд­ ности для проведения оптимизации выбора вида заготовки с учетом затрат на механическую обработку.

Анализ видов заготовок, используемых в машиностроении, пока­ зывает, что их выбор определяется рядом основных показателей (при­ знаков): видом материала, серийностью или масштабом выпуска, кон­ структивной формой детали, массой и размерами детали, требуемой точностью заготовки, коэффициентом использования металла и др. Наиболее важными являются первые четыре признака. Однако учет всех перечисленных признаков в ряде случаев не дает однозначного решения по выбору метода получения заготовки и приходится прово­ дить дополнительно технико-экономический анализ. В основу этого анализа может быть положена оптимизация. В качестве критерия оптимальности используется минимальная себестоимость изготовле­ ния заготовки С3, которая определяется стоимостью материала, переменными затратами (заработная плата основных рабочих, затраты на амортизацию оборудования, оснастку, инструмент и т. д.) и посто­

янными годовыми расходами. Следует отметит*»» чт0 выбор заготовки с минимальным значением С3 не всегда приводит к оптимальному ва­ рианту при оценке всего процесса изготовлений детали. Виды загото­

механической обработки 154]. Поэтому при оптимизации выбора за­ готовки необходимо также учитывать затраты на выполнение черно­ вых операций механической обработки Смех. В то же время следует иметь в виду, что при проектировании ТП изготси ления деталей с по­ вышенными требованиями к их точности и качеству поверхности вли­ яние вида заготовки может сказываться на затратах при выполнении чистовых операций, что связано с проявлением технологической на­ следственности [59].

При более точной оценке наиболее оптимального метода получе­ ния заготовки целесообразно принимать во внимание стоимость от­ ходов металла С0Тх, возникающих при механической обработке заготовок с различными по величине припусками. Тогда зависимость для критерия оптимальности выбора метода получения заготовки

Однако выбор вида заготовки по предлагаемому критерию в конкрет­ ных производственных условиях не всегда целесообразен. Могут быть случаи, когда важнее выбрать заготовку, обеспечивающую минималь­

2) выбор возможных методов изготовления заготовок исходя из се­ рийности, конструктивной формы, массы и размеров детали; 3) оп­

бор оптимального метода изготовления заготовки для конкретных условий производства.

Для формализации условий выбора вида заготовки и методов ее изготовления и построения на их основе алгоритмов решения рассмат­ риваемой задачи первоначально была проведена классификация всех признаков, определяющих выбор заготовок. Для упрощения алгорит­ мов проектирования значения всех признаков кодировались.

Вид материала (ВМ). Предварительный анализ этого признака по­ казал целесообразность классификации всех материалов с исполь­ зованием трехуровневого кодирования. Структура кода имеет следу-

Значение каждого кода выбирается для конкретного вида материа­ ла заготовки по специально разработанным таблицам.

Все материалы разбиты на 7 групп, которые соответственно коди­ ровались: стали углеродистые (литейные) — 1; чугуны — 2 ; литей­ ные сплавы —- 3; высоколегированные стали и сплавы — 4; низколе­ гированные стали — 5; легированные стали — 6 ; автоматные стали — 7. Код группы использовался для определения всех возможных ви­ дов и методов изготовления заготовок. Второй уровень классификации, описываемый кодами подгрупп, объединяет материалы, имеющие оди­ наковые или близкие технологические свойства. Коды подгрупп материалов учитывались при определении затрат на черновую механи­ ческую обработку. На последнем уровне классификации кодируют­ ся конкретные материалы, и эта информация используется для уточ­ ненного определения оптовых цен за тонну заготовок и стоимости отходов металла.

Конструктивная форма (КФ) деталей. Классификация конструк­ тивной формы представлена И видами (кодами) деталей и каждый

втулок и дисков, имеющие сложную наружную и внутреннюю поверх­

призматической формы и сочетания призматической, цилиндрической и других форм; 9 — корпусные детали фланцевого типа; 10 — кор­ пусные детали коробчатой формы сложной конфигурации и 11 — корпусные детали простой конфигурации. Код детали, соответствую­ щий ее виду, выбирается на основе сравнения конкретной детали с описанием типовой детали-представителя (табл. 2).

Серийность производства (СП). Серийность производства определя­ ется масштабом выпуска. Если задана готовая программа выпуска, серийность производства для определенного вида заготовки может определяться по табл. 3. В рассматриваемой подсистеме вид серийно­ сти производства кодировался так: единичное — 1, серийное — 2 , крупносерийное — 3, массовое — 4.

Масса детали (МД). Для выбора вида заготовки важное значение имеет ее масса, которая в условиях рассматриваемой задачи опреде­ ляется в зависимости от массы детали. Кодирование массы детали из отливок проводится по шести диапазонам: 1 — до 50 кг, 2 — от 50 до 100 кг, 3 — от 100 до 250 кг, 4 — от 250 до 3000 кг, 5 — от 3000 до 5000 кг и 6 — свыше 5000 кг, а из поковок, штамповок и проката —

прокат не используется, если диаметр меньше 250 мм (код А), то воз­ можно его применение.

Для упрощения построения алгоритмов решения рассматриваемой задачи определяемые виды заготовок и методы их изготовления также