Оптимизация технологических процессов механической обработки

При общем подходе к задаче выбора оптимальных припусков с целью обеспечения в процессе обработки заготовки требуемого ка­ чества поверхности и точности при минимальной себестоимости изготовления детали возникает необходимость анализа различных ва­ риантов маршрутов обработки элементарных поверхностей. Приме­ нительно к таким поверхностям удобно использовать ранее рассмотрен­ ное понятие стадий обработки, под которыми понимаются укрупненные группы операций, включающие однородную по характеру, точности и качеству обработку элементарных поверхностей. Для элементарных поверхностей обычно стадия обработки совпадает с операцией или проходом. Причем одни и те же характеристики качества детали обеспечиваются различными операциями в пределах одной стадии (табл. 12—14) 16].

Для достижения определенной точности и шероховатости обраба­ тываемой поверхности детали существуют различные элементарные технологические маршруты. Для их описания наиболее удобно ис­ пользовать теорию графов. В этом случае технологический маршрут обработки элементарной поверхности представляют в виде графа, в котором вершинам сопоставлены характеристики точности и шерохо­ ватости, соответствующие определенной стадии обработки, а ребрам — коды операций согласно табл. 12—14. На основе общих правил проек­

Рис. 10. Граф возможных вариан­ тов элементарных технологических процессов обработки наружных по­ верхностей вращения.

Рис. 11. Граф возможных вариан­ тов элементарных технологических процессов обработки внутренних поверхностей вращения.

Рис. 12. Граф возможных вариан­ тов элементарных технологических процессов обработки плоских по­ верхностен.

обработки наружных, внутренних поверхностей вращения и плоских поверхностей (рис. 10 12) [6]. Анализ этих графов показывает, что для каждого типа элементарной поверхности существует различное число маршрутов обработки. Применительно к приведенным графам для наружных поверхностей можно синтезировать 8 маршрутов, для внутренних — 32 и для плоских поверхностей — 60. При этом вста­ ет задача выбора возможных вариантов маршрутов обработки и из них одного, для которого величина припуска будет минимальной.

Наиболее компактной формой математического представления графов возможных ТП при составлении алгоритмов программ явля­ ется матричная форма записи. Например, граф, представленный на рис. 13, а, будет записан в виде двухмерной матрицы (рис. 13, в).

Поиск возможных вариантов технологических процессов начина­ ется с просмотра матрицы по строкам. Анализ нулевой строки показы­ вает, что после заготовки (/ = 0) будет выбрана первая операция —

ривается вторая строка. В этом случае может выбираться операция

комплексный показатель качества заготовки после /-й операции, £тр — комплексный показатель требуемого качества детали. Если качество поверхности, достигаемое на /-й операции, удовлетворяет необходи­ мым требованиям £тр ^ Eh то дальнейший выбор операции не про­

используются общие сведения о детали (материал, габаритные размеры, вид термообработки), размеры, точность и шероховатость обрабаты­ ваемой поверхности, тип заготовки и др.

При решении многих технологических задач на ЭВМ в настоящее время преимущественно используется диалоговый режим проектиро­ вания. В этих случаях исходя из особенностей процесса проектирова­ ния конкретного объекта и возможностей формализации отдельных его этапов предварительно составляется схема проектирования в ди­ алоговом режиме, в которой заранее определяется круг задач, реша­ емых инженером-проектировщиком (технологом) и ЭВМ с соответ­ ствующим набором периферийных устройств. Причем технолог решает наиболее трудноформализу'емые задачи, такие, как оценка результатов и выбор оптимальных решений, управление процессом проектирования, а также ввод исходных данных (рис. 14).

Общий алгоритм проектирования элементарных технологических процессов, расчетов припусков и операционных размеров в диалоговом режиме наиболее удобно представить в виде блок-схемы (рис. 15). В зависимости от заданной точности и шероховатости поверхности детали определяется конечная стадия STMAX (оператор 2), а в зави­ симости от вида заготовки и ее точности — начальная стадия STMIN (оператор 5) процесса обработки. После этого на основе анализа графа

выводится маршрут обработки рассматриваемой поверхности (опера­ тор 8). Если предлагаемый маршрут принимается, то производится расчет операционных припусков и размеров (оператор 11) по специ­ альной подпрограмме, алгоритм которой будет рассмотрен ниже. Ре­ зультаты проектирования выводятся на экран дисплея и после их анализа принимается решение о выборе оптимального варианта (опе­ раторы 12, 13). В тех случаях, когда проектировщик отвергает пред­ лагаемый /-й вариант маршрута обработки (оператор 9 и 13)у на экран дисплея выдается (/ + 1)-й вариант, для которого аналогично про­ водятся анализ и расчет операционных припусков и размеров.

Отдельно рассмотрим для примера частный алгоритм расчета ми­ нимальных операционных припусков и размеров для наружных по­ верхностей вращения, входящий в состав оператора 11 (рис. 15). Этот алгоритм также наиболее удобно представить в виде блок-схемы (рис. 16). В данном случае в качестве исходной информации исполь­ зуется ранее принятый технологический маршрут, с учетом которого рассчитываются припуски для всех операций. Процесс вычисления припусков начинается с последней к-й операции маршрута обработки

Рис. 15. Алгоритм выбора элементарных технологических процессов.

имость. Последний показатель обычно используется в качестве крите­ рия для выбора вариантов изготовления изделий. Технологическая себестоимость в рассматриваемой задаче может определяться уточнен­ ным способом, который базируется на расчете величины расходов по каждому элементу технологической себестоимости операции, разли­ чающемуся по сопоставляемым вариантам, и приближенным способом на основании укрупненных затрат, приходящихся на час работы обо­ рудования и рабочих мест.

При расчетах на стадии эскизного проектирования при выборе операции механической обработки технологическая себестоимость

Как показывает анализ зависимости, ее минимизацию за счет од­ новременного уменьшения удельных производственных затрат на

держание и эксплуатацию. Очевидно, что из ряда сравниваемых ва­ риантов обработки оптимальным будет тот, при осуществлении кото­ рого рост производительности превысит рост удельных затрат.

Таким образом, задача определения технологической себестоимости обработки сводится к решению двух взаимосвязанных подзадач: опре­ делению возможных для заданных условий вариантов обработки дета­ ли с выбором соответствующих моделей станков и величины сч<• на 1 ч их работы; определению трудоемкости обработки /Шт.к! примени­ тельно к выбранным видам технологических операций.

Выбор возможных для заданных условий операций обработки по­ верхностей детали производится на основе анализа конструктивно­ технологических признаков, к которым относятся следующие: тип поверхностей детали, подлежащих обработке; стадии обработки (чер­ новая, чистовая, тонкая, отделочная); габаритные размеры детали; точность и шероховатость поверхностей для рассматриваемой стадии обработки; твердость поверхностей, обрабатываемых на рассматри­ ваемой стадии; конструктивная сложность поверхностей, обрабаты­ ваемых на соответствующей стадии; годовая программа выпуска де­ талей.

По общности методов, используемых при обработке, все, поверх­ ности, образующие конфигурацию деталей машин, разбиты на группы. Как правило, на начальных этапах проектирования технологических процессов решаются вопросы выбора рациональных способов обработ­ ки групп однородных поверхностей — наружных поверхностей вра­ щения, внутренних, плоских, зубчатых, резьбовых, шлицевых и т. Д. Такое группирование позволяет использовать единую методическую основу для укрупненной оценки эффективности различных методов