Обеспечение производства средствами технологического оснащения

Рассмотрены вопросы выбора параметров универсального и проектирования уникального станочного оборудования и средств технологического оснащения

Введение. Точность технологической оснастки непосредственно связана со структурой конструкции приспособления базирования и закрепления.

Существующие и проектируемые конструкции приспособлений имеют различные геометрические формы. Однако, общее в конструкциях приспособлений составляет то, что приспособление представляет собой совокупность упорядоченных в пространстве и метрически определимых элементов.

Это свойство позволяет представить различные конструкции приспособлений представить на основе общей информационной модели, которая отражает как узел в целом, элементный состав конструкции, так и геометрические, точностные и жесткостные взаимосвязи ее элементов, дает возможность оценить погрешность закрепления на этапе автоматизированной подготовки производства.

Методы оптимизации выбора режущего инструмента. При подборе инструмента принимаются во внимание следующие факторы: способ обработки, вид обработки, тин станка, тип операции, вид обрабатываемых поверхностей заготовок, технические требования, касающиеся обрабатываемых поверхностей, вид обрабатываемого материала, количество обрабатываемых деталей. В качестве критериев, характеризующих инструмент, принимаются форма режущей кромки инструмента, материал режущей части, форма и размеры тела державки режущего инструмента, род инструмента (нормальный, специальный), тип инструмента.

Каждый из приведенных выше факторов может быть описан с помощью одного или нескольких параметров. Число параметров зависит от способа обработки и типа инструмента.

Источником информации, необходимой для подбора инструмента, является чертеж готовой детали, а также технологический процесс обработки. Инструмент подбирается для определенного прохода или операции. На основе записи технологического процесса для прохода можно определить способ обработки, тип обработки, вид обрабатываемой поверхности, размеры обрабатываемой поверхности» до обработки и после нее, допуски и шероховатость обработанной поверхности, рабочее место (конкретный станок), способ закрепления, параметры обработки.

На основании данных чертежа готовой детали определяют обрабатываемый материал, положение обрабатываемой поверхности, число обрабатываемых деталей (серия). Пользуясь этой информацией, можно разработать критерии выбора инструмента из множеств нормального и специального инструмента.

В результате подбора могут быть сделаны следующие выборы:

1) однозначный выбор, т.е. па основании определенных критериев выбирается только один инструмент;

2) недостаточный выбор, т.е. ни один из инструментов данного множества не удовлетворяет требуемым критериям;

3) многозначный выбор, т.е. несколько инструментов из данного множества удовлетворяют определенным критериям.

Технические критерии выбора инструмента редко позволяют сделать однозначный выбор, чаще получается многозначный выбор. Окончательный выбор инструмента проводится с помощью экономических критериев. Для этого в целях оптимизации используют критерий минимальных затрат, который выражается зависимостью

(1)

где - стоимость операции.

В работе [1] предложен дополнительный критерий оптимизации, выражаемый зависимостью

(2)

где i, ..., n обозначают те операции, для которых с технической точки зрения, пригодно то же самое множество инструмента.

Критерий (2) представляет в математической форме правило выбора минимального комплекта инструмента с учетом разнородности инструмента, применяемого для процессов обработки данной детали. Например, в процессе обработки нескольких отверстий с близкими размерами целесообразно производить грубое сверление сверлом одного диаметра [1, 2].

Методология подбора оснастки. Правила установления критериев выбора с технической точки прения являются в этом случае такими же, как и в случае с инструментом. Источником информации, необходимой для выбора определенной оснастки, является чертеж готовой детали, а также технологический процесс обработки. Из данных чертежа обрабатываемой детали получают следующую информацию: требования, предъявляемые к форме и точности готовой детали, положения отдельных обрабатываемых поверхностей, сведения об обрабатываемом материале, число обрабатываемых деталей (серии). На основании записей, технологического процесса можно определить для рассматриваемого прохода или операции способ обработки, вид обработки, поверхность заготовки и ее размеры, допуски и шероховатость обрабатываемой поверхности, рабочее место, конкретный станок, способ крепления заготовки, параметры обработки. Указанные выше входные данные являются основой установления критериев выбора оснастки.

Выбору приспособления для крепления детали предшествует поиск среди множества деталей детали, соответствующей принятым критериям. В некоторых случаях выбор может происходить автоматически непосредственно путем подбора для детали приспособления и крепежной оснастки.

Математический алгоритм выбора оснастки идентичен алгоритму выбора инструмента [3].

Выбор оснастки оптимален в случае получения многозначного результата. Оптимизация проводится но экономическим критериям для установленного в предыдущем этапе (на основе технических, критериев) множества оснастки (приспособлений). В качестве критерия оптимизации в этом случае принимают минимальную стоимость операции (зависимости (1) и (2)) при данной оснастке. Таким образом, в стоимости операции учитываются составляющие, т. е. К₀ = К₀₁ + К₀₂+ К₀₄, где К₀₁ - стоимость рабочей силы; К₀₂ - стоимость работы станка и обслуживания рабочего места; К₀₄ - стоимость оснастки (приспособлений и крепежа).

С теоретической точки зрения существует взаимная зависимость между выбором инструмента и оснастки, что связано с оптимизацией всего технологического процесса.

Оптимизации выбора оснастки. Алгоритм выбора оснастки основан на теории множеств, приспособленных к задаче выбора оснастки для рассматриваемых процессов обработки. Имеется упорядоченный ряд факторов Г : = < G, X, Y > ; G c = X x Y, где Г - соответствие; X - множество всех проектных данных; Y — множество решений, причем:

Поскольку алгоритм несложный, то может быть записан в виде следующих выражений определяющих связи факторов (3) и условий работы (4), необходимых для проектирования оснастки.

1. Даны соответствия

(3)

(4)

…………………………………………

Рассматривается множество решений (5) и множества (6).

Y = (y₁ , y₂ …, y_т) (5)

(6)

Задача сводится к тому, что для множества α (приведено в (7)) c m упорядоченных элементов требуется найти элементы (8) при соответствиях Г₁ , Г₂ …, Г_т и определить общие точки (точки пересечения (9)).

(7)

(8)

Уравнение (9) является решением задачи.

(9)

Чтобы подобрать оснастку для разработанного технологического процесса изготовления заданного изделия, необходимо определить следующие факторы:

1) группу оснастки, т. с. инструмент, крепежное приспособление, контрольный прибор;

2) вид обработки (например, точение, фрезерование);

3) тип операции (например, продольное, поперечное точение);

4) размерные данные обрабатываемой детали (например, диаметр, длина и допуски в случае продольного точения).

Указанные выше входные данные для выбора оснастки задает технолог или цифровая ЭВМ [3] на основании программ, формирующих элементы технологического процесса, например на основании программы автоматического выполнения операций.

На рис. 1 показана общая структурная схема алгоритма выбора оснастки, инструмента, крепежных приспособлений и контрольных приборов.

Сначала определяется необходимость подбора группы оснастки. Если устанавливается, что такая потребность существует, то согласно критерию ROBR находят показатели i, с помощью которых однозначно определяют положение множества, соответствующего указанным выше типам обработки. Затем согласно критерию ROP находят показатель j, при помощи которого однозначно определяют положение множества, соответствующего выбранным типам операций, и, наконец, согласно критерию WYM находят показатель k, по которому определяют последнее множество (необязательно одноэлементное) приспособлений. Названия NARZEN (i, j, /г), UCHWYT (ij, k), PRZYRZ (i, j, k) являются наименованиями трехмерных таблиц, элементы которых содержат названия приспособлений.

Рис. 1. Структурная схема алгоритма выбора оснастки

В основу концепции гибких автоматических и автоматизированных систем положено применение принципов, характерных для массового поточного производства, доработанных для условий единичного, мелкосерийного, среднесерийного производств. В таких системах автоматизированы почти все операции: загрузка и разгрузка деталей; обработка деталей по заданной программе, которая может быть легко изменена или откорректирована; смена инструмента и материалов; контроль параметров в ходе обработки и окончательный контроль после обработки и сборки; транспортирование; хранение, накопление и перемещение деталей от одного оборудования к другому; удаление отходов производства; управление работой всей системы с помощью средств программного обеспечения (управление оборудованием, сбором и переработкой информации, диагностированием, оперативно-календарным планированием и др.).

Гибкие производственные системы (ГПС) должны обеспечивать:

- автоматическое изготовление изделий (деталей);

- быструю автоматизированную перестройку с одного изделия на другое в соответствии с техническими характеристиками орудий производства;

- повышение производительности труда в 5—10 раз, снижение себестоимости продукции, улучшение качества и надежности изделий (деталей), увеличение съема продукции с единицы оборудования и производственной площади, ускорение оборачиваемости оборотных средств, высвобождение трудовых ресурсов;

- продолжительность работы 24 ч в сутки и не менее 8000 ч в год.

Гибкая производственная система состоит из одного или нескольких гибких производственных комплексов, связанных автоматизированной системой управления производством, транспортно-складской автоматизированной системой.

Вывод. Для эффективной работы автоматизированного оборудования в современном машиностроении требуется широко применять автоматизированные системы выбора средств технологического оснащения. Внедрение предлагаемой системы на машиностроительных предприятиях позволяет:

- сокращать трудоёмкость проектирования и планирования;

- уменьшать сроки проектирования;

- снижать себестоимость проектирования и изготовления, затраты на эксплуатацию;

- сократить затраты на натурное моделирование и испытания.

Литература

1. Емельянов С.Г. Место CALS- технологий в проектировании режущего инструмента [текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, Е.И. Яцун, С.А. Чевычелов, А.А. Фадеев // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: Сб. мат. I междунар. научно-технич. конф., Курск: КГТУ, 2003.

2. Емельянов С.Г. Автоматизация проектирования и изготовления сборных режущих инструментов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП) [текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, А.А. Фадеев // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: Сб. матер. Всероссийской научно-технич. конф., посвященной 40 – летию кафедры “Технологии машиностроения”. Часть 2, Липецк: ЛГТУ, 2002.С.

3. Сикора Е. Оптимизация процессов обработки резанием с применением вычислительных машин // Е. Сикора. "Машиностроение" Москва, 1983 г.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.51: 658.

Д.В. Старов, В.Н. Старов, С.В. Нелысов