книги / Оптимизация технологических процессов механической обработки

Эта выборка дает информацию об области значения величины А и распределении ее значений внутри этой области. Используя методы многомерного статистического анализа, можно обработать эту выборку и получить числовую информацию о случайных величинах Vопт , Sопт – математическое ожидание, дисперсию, а также при необходимости найти приближенную функциональную зависимость между ними. На рис. 3.5 приведена блок-схема алгоритма оптимизации режимов обработки при стохастическом подходе.

4. ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ

4.1.Задачи, решаемые при автоматизированном выборе

ипроектировании прогрессивных технологий

Выбор оптимальных технологических решений на всех этапах технологического проектирования связан с поиском и анализом больших объемов информации. Успешное решение этих задач обеспечивает использование автоматизированных банков данных (АБД), повышающих эффективность обработки информации при технологической подготовке производства [4]. АБД прогрессивных технологий предназначены для выбора и проектирования новых технологий, характеризуемых малооперационностью и обеспечивающих материальные, энергетические и трудовые сбережения. Под проектированием новых технологий понимается поиск наиболее рациональных методов обработки

91

(МО) и оптимальных условий их выполнения. АБД прогрессивных технологий создается для его применения в условиях автоматизированного проектирования. При этом он может использоваться автономно или в составе САПР ТП как отдельная подсистема. Прежде всего АБД прогрессивных технологий должен использоваться для поиска новых МО наиболее ответственных деталей из труднообрабатываемых материалов или отличающихся повышенными требованиями к их точности и качеству рабочих поверхностей, а также с целью значительного повышения производительности и снижения себестоимости изделий.

При функционировании АБД прогрессивных технологий реализуется ряд этапов, характерных для традиционного технологического проектирования, а также ряд новых этапов, направленных на получение принципиально новых решений. На функциональной схеме АБД прогрессивных технологий (рис. 4.1) приведен перечень основных этапов выбора технологических решений, а также взаимосвязь АБД с другими автоматизированными системами, подготавливающими для него исходную информацию и использующими результаты выбора технологических решений: САПР конструирования, ППП обеспечения эксплуатационных свойств деталей, САПР ТП и САПР оборудования и технологической оснастки. Процесс поиска новых прогрессивных технологий начинается с формирования и постановки задачи поиска, направленной на выбор МО на различных стадиях механической обработки. Эта процедура выполняется с

92

использованием программ и совокупности математических моделей, описывающих функциональные и выходные характеристики методов обработки и хранящихся в базе данных технологий.

Одной из главных задач, решаемых АБД прогрессивных технологий, является выбор и синтез новых МО. При этом используется библиотека МО, библиотека физико-технологических эффектов (ФТЭ), массивы условий выбора процессов обработки (ПО), схем формообразования и отдельных ФТЭ, хранящихся в базе данных технологий. Из рис. 4.2 видно, что при отсутствии в базе данных сведений о выбираемом МО, происходит синтез МО, включающий решение задач синтеза принципа действия, выбора ПО и схемы формообразования. Результатом синтеза МО является описание МО, который в отдельных случаях может быть принципиально новым. При выборе прогрессивного МО, наряду с определением наиболее рационального МО и условий его реализации, необходимо выбирать соответствующий вид технологического оборудования и оснащения. Выполнение этих процедур зависит от многих условий и является многовариантным.

Основным элементом техпроцесса является операция, которая характеризуется используемым в ней физико-химическим методом обработки. При рассмотрении МО с системных позиций он может быть представлен в виде двух подсистем: энергетической и информационной. Первая подсистема доставляет и преобразует энергию, необходимую для физико-химического

94

воздействия на предмет производства с целью изменения физи- ко-механических свойств, отделения или нанесения материала. Эта подсистема определяет вид ПО. Вторая подсистема управляет потоками энергии и материалов, обеспечивая их доставку в заданном виде и количестве в определенное место рабочего пространства с целью создания определенной формы, размеров и качества поверхности детали. Эта подсистема может быть описана зависимостями для определения процесса формообразования.

ПО может быть представлен в виде следующей цепочки преобразований энергий: ПО = Эраб → Эвозд → ФХМ, где Эраб – рабочая энергия, создаваемая определенным видом оборудования и подводимая к предмету производства; Эвозд – энергия воздействия на предмет производства, образующаяся после преобразования Эраб; ФХМ – вид физико-химического механизма воздействия на предмет производства. ПО может характеризоваться несколькими ФХМ, однако один из них является определяющим.

Процесс формообразования (ФО) может быть охарактеризован способом подвода энергии в пространство, занимаемое предметом производства (СПЭ), видом распределения энергии во времени (ВРЭ), и схемой движений при формообразовании (СФО). Например, СПЭ могут быть точечными, линейными, поверхностными, объемными; ВРЭ – непрерывным, пульсирующим, импульсным; СФО – неподвижной, прямолинейной, вращательной, вращательно-поступательной.

95

Рассмотрим формализацию и кодировку признаков, влияющих на выбор известных и синтез новых МО, при автоматизированном проектировании прогрессивных технологий.

4.2. Формирование процесса обработки (ПО)

Наиболее распространенным видом первичной энергии в технологических системах является электрическая энергия. На первом этапе преобразование первичного вида энергии Э1 в рабочую энергию Эраб происходит с помощью устройств преобразования энергии станка или другого вида технологического оборудования. В качестве рабочих видов энергии наибольшее распространение получили механическая, тепловая, электрическая, электромагнитная, лучевая, химическая, ультразвуковая, ядерная энергия (рис. 4.3).

На втором этапе рабочая энергия при воздействии на предмет производства превращается в энергию воздействия Эвозд. При этом число видов энергий воздействия сокращается до четырех: механическая, тепловая, химическая, ядерная. В отдельных случаях рабочая энергия не переходит в другой вид. Например, механическая энергия в методах, основанных на резании металла, при переходе в энергию воздействия в основном сохраняет свой вид и только часть ее переходит в тепловую энергию. А лучевая рабочая энергия полностью переходит в тепловую энергию воздействия.

На третьем этапе энергия воздействия приводит к образованию физико-химического механизма (ФХМ) обработки заго-

97

товки. Причем каждый вид Эвозд создает несколько видов ФХМ

(см. рис. 4.3).

Охарактеризуем виды ФХМ обработки.

1. Деформация без разрушения – процесс пластической деформации, не сопровождающийся отделением материала. При этом происходит изменение формы и размеров тела, изменение взаимного расположения микрочастиц твердого тела, изменение сил взаимодействия между микрочастицами, приводящее к возникновению технологических остаточных напряжений.

2.Деформация с разрушением – процесс доведения пластических деформаций обрабатываемого материала по линии сдвига до разрушения. Для этого ФХМ характерно два вида деформаций:

1) сжатие определенного объема материала срезаемого слоя, прилегающего к передней поверхности режущей части инструмента;

2) сдвиг этого объема материала.

3.Плавление – процесс перехода материала из твердого (кристаллического) состояния в жидкое вследствие поглощения тепла.

4.Испарение – процесс перехода материала из жидкого или твердого агрегатного состояния в газообразное. Этот ФХМ называется возгонкой или сублимацией.

5.Спекание – процесс соединения мелкозернистых или порошкообразных материалов в более крупные объемы при повышенной температуре.

98

6.Структурные преобразования – процесс изменения физи- ко-механических свойств структуры и размеров зерен материала вследствие теплового или механического воздействия.

7.Анодное растворение – процесс удаления металла под действием электрического тока в среде электролита без непосредственного контакта инструмента с заготовкой. Под действием тока в электролите заготовка (анод) растворяется, а продукт обработки выносится потоком электролита. При этом инструмент (катод) в процессах обработки не изнашивается.

8.Химическое растворение – процесс снятия слоя материала за счет химических реакций в зоне обработки в растворах щелочей или кислот.

9.Химическое соединение – процесс образования на поверхности материала новых соединений за счет химических реакций заготовки и окружающей среды.

10.Диффузия – процесс проникновения частиц соприкасающихся сред (газа, жидкости, твердого материала) в поверхностные слои металла вследствие теплового движения частиц среды.

11.Ядерное преобразование вещества – процесс изменения физико-механических свойств и структуры материала за счет облучения электронами, нейтронами, β-частицами.

4.3.Построение кинематических схем формообразования (СФО)

Процесс формообразования заготовки связан с заданием вполне определенных ее движений относительно инструмента. Описание этих движений осуществляется в виде принципиальных кинематических схем формообразования.

100