
- •3 Принципы и задачи проектирования
- •3.1 Уровни, аспекты и этапы проектирования
- •3.1.1 Иерархические уровни описаний объектов
- •3.1.2 Аспекты описания проектируемых объектов
- •3.1.3 Составные части процесса проектирования
- •3.1.3.1 Унификация проектных решений и процедур
- •3.1.4 Нисходящее и восходящее проектирование
- •3.1.5 Внешнее и внутреннее проектирование
- •3.2 Типовые проектные процедуры
- •3.2.1 Классификация типовых проектных процедур
- •3.2.2 Типичная последовательность проектных процедур
- •3.3 Пример маршрута технологической подготовки производства в машиностроении
- •3.4 Использование типовых решений при синтезе
- •3.4.1 Индивидуальные и обобщенные технологические маршруты
- •3.4.2 Условия назначения операций и индивидуальный технологический маршрут
- •3.5.3 Формирование обобщенного технологического маршрута
- •3.4.4 Синтез технологических маршрутов.
- •5. Формирование кодов индивидуального маршрута
- •3.5 Направленный перебор при синтезе маршрута обработки поверхности детали
- •3.5.1 Многовариантность задачи синтеза маршрута обработки поверхности детали.
- •3.5.3 Решение задачи синтеза маршрута обработки
- •3.6 Выводы
5. Формирование кодов индивидуального маршрута
нет
Останов
да
Рисунок 3.7 – Алгоритм синтеза технологических маршрутов
3.5 Направленный перебор при синтезе маршрута обработки поверхности детали
3.5.1 Многовариантность задачи синтеза маршрута обработки поверхности детали.
При решении задач синтеза маршрута обработки поверхностей используют методы направленного перебора, динамического программирования и др. Рассмотрим синтез маршрута обработки поверхности на основе направленного перебора, суть которого заключается в определении количества переходов за счет использования допустимых режимов резания при условии выполнения ограничений и минимизации (максимизации) целевой функции.
При многопереходной обработке поверхности каждый предыдущий переход существенно влияет на результаты последующего (главным образом на точность обработки). Поэтому различные варианты выполнения последующего перехода могут рассматриваться только после того, как выбраны определенные параметры предыдущего перехода.
Различные варианты многопереходной обработки поверхности должны рассматриваться как отличные друг от друга по количеству и основным характеристикам наборы переходов, выполняемых в строго определенной последовательности. Каждый такой набор дает определенную точность обработки и связан с конкретными затратами.
Если задана стойкость инструмента, то скорость резания можно принять производной от глубины резания и подачи. Следовательно, два последних параметра и определяют многовариантный характер рассматриваемой задачи. Глубина резания на первом переходе теоретически может принимать значения от максимального tmax, равного общему максимальному припуску на рассматриваемую поверхность, до минимального tmin, допустимого физикой процесса резания. Каждое последующее значение глубины резания может отличаться от предыдущего на величину t, характеризуемую возможностью устойчивого регулирования при данной конструкции настроечного устройства. Таким образом, на первом переходе глубина резания выражается величиной tmax.—jt, где j==0, 1, 2,..., р. Каждая из указанных глубин резания может образовывать новый вариант первого перехода в сочетании с различными величинами подач, принимающими значение от Smax до Smin. В результате образуется определенное множество вариантов выполнения первого перехода, неравноценных как по получаемой точности обработки, так и по затратам (например, технологической себестоимости).
Особенности выполнения первого перехода оказывают большое влияние на количество возможных вариантов последующих переходов, и в первую очередь за счет изменения глубины резания. Количество вариантов маршрутов на последующих переходах будет тем больше, чем больше та часть припуска, которая осталась неиспользованной после первого перехода. Вариант первого перехода в сочетании с различными вариантами выполнения второго перехода дает набор неравнозначных вариантов двухпереходной обработки. Аналогично определяют возможные варианты с третьим, четвертым и последующими переходами.
Варианты маршрута многопереходной обработки поверхности могут быть представлены графом, вершины которого соответствуют какому-нибудь показателю (например, погрешности обработки поверхности), а ребра, соединяющие две вершины,—определенным параметрам перехода. Различные цепи, выходящие из вершины графа, соответствующей какому-либо показателю заготовки, имеют последнее ребро, рассматриваемое как последний переход. Сами цепи описывают варианты многопереходной обработки. Поэтому формально различные варианты переходов и их последовательностей могут быть представлены ребрами и цепями графа. Дерево вариантов маршрута обработки поверхности детали представлено на рисунке 3.8.
Чтобы каждая цепь отражала вариант многопереходной обработки, представляющий практический интерес, необходимо установить определенные технологические правила, которым она должна удовлетворять.
При выборе плана маршрута многопереходной обработки поверхности детали резанием в первую очередь преследуется цель удалить слой металла (припуск) и достичь заданной точности за наименьшее число переходов. В этом отношении рационально начинать построение графа с минимального числа переходов, постепенно увеличивая их число.Тогда и расчеты должны проводиться в той же последовательности, что значительно уменьшит их объем. Этого правила надо придерживаться и при выборе последовательности рассмотрения различных значений подач. На завершающем переходе на подачу накладываются ограничения, обусловленные заданной шероховатостью поверхности.
Поэтому при построении графа достаточно из ряда подач, имеющихся на данном станке, принять ограниченное число, например, пять-шесть, одна-две из которых будут меньше определяемой требуемой шероховатостью поверхности, а остальные, предназначенные для первых переходов, — больше. В общем случае каждое значение глубины резания может сочетаться с любым значением подачи из ряда Smax, ..., Sk,..., Smin. Практически нецелесообразно на последующем переходе использовать подачу большую, чем на предшествующем. Поэтому при построении графа количество ребер, исходящих из одной вершины, будут зависеть от того, какому значению подачи соответствует предшествующее им ребро. Но и в этом случае не все возможные сочетания глубины резания и подачи должны приниматься во внимание при
Рисунок 3.8 – Дерево вариантов маршрута обработки поверхности
детали
построении графа.
Порядок изменения глубины резания при построении графа регламентируют некоторые технологические правила. Наиболее важное из этих правил устанавливает связь между технической характеристикой настроечного устройства и изменениями глубины резания в различных вариантах переходов. Согласно ему, при построении ребер одной цепи должно выполняться условие закономерного уменьшения первичных погрешностей обработки, т. е. ti ti-1, где ti—глубина резания, соответствующая рассматриваемому ребру; ti-1—глубина резания, относящаяся к предшествующему ребру той же цепи
С учетом принятых ограничений уже на первом переходе глубина резания не должна быть меньше определенного значения. В общем случае минимальная глубина резания, рассматриваемая на р-м переходе,
(3.3)
где tmax—максимальная глубина резания при обработке
всего
припуска за один переход;
— величина
припуска, удаленная на предшествующих
переходах;
pдоп—максимально допустимое число переходов, принимаемое для данного расчета.
Постановка задачи синтеза маршрутов обработки
поверхности детали
При построении графа принимались во внимание заданные глубины резания на каждом переходе, которые могут существенно отличаться от фактических, упругие отжатия, износ инструмента и т. д. Граф, построенный по изложенной методике, формально описывает возможные варианты обработки какой-то детали из определенной заготовки на заранее выбранном оборудовании. Каждому ребру произвольной цепи, построенному для конкретного заданного значения глубины резания ti и подачи Si, будет соответствовать определенная технологическая себестоимость Cnep i при выполнении данного перехода i. Поэтому задача оптимизации структуры плана маршрута многопереходной обработки поверхностей деталей формально может быть представлена следующим образом: среди определенного множества цепей графа, построенного для конкретного случая обработки, нужно отыскать цепь, удовлетворяющую ограничениям и дающую минимальное значение целевой функции:
где Nрез—мощность, расходуемая на резание; Рz, Py, Px—тангенциальная, радиальная и осевая составляющие усилий резания; Δi—суммарная погрешность обработки; Δфi — отклонение формы; Nэлη — мощность привода станка; Рдоп.ин—допускаемая нагрузка на инструмент; Т— стойкость инструмента; Тэк—экономическая стойкость инструмента; Рудоп— допускаемая радиальная сила резания; Рдоп.ст—усилие, допускаемое механизмом подачи станка; р—допуск на размер; Δдоп.ф—допускаемое отклонение формы обрабатываемой поверхности; Rz—высота неровности; Рzдоп—допускаемая высота неровности; Ра —среднее арифметическое отклонение профиля; Рzдоп —допускаемое среднее арифметическое отклонение профиля; Sp—значение подачи при выполнении р-го перехода; Sk—значение подачи, обеспечивающее требуемое значение Рz или Ra ; ni и si—частота вращения шпинделя и подача на i-м переходе; {nimin, nimax} — предельные значения частот вращения шпинделя по паспортным данным станка; {Simin, Simax} — предельные значения подач по паспортным данным; Сперi—технологическая себестоимость i-го перехода.
В качестве целевой функции можно принимать себестоимость Ср выполнения р переходов при обработке
поверхности
,
а также неполное время штучное
t’шт, оперативное t’on или основное to.
Условия (3.4) используют только на черновых переходах. В каждом конкретном случае отдельные ограничения можно не учитывать, если они не активны.
Оптимальное решение находится путем определения экстремального значения функции (3.8) для всего подмножества ребер, исходящих из каждой вершины.