Тема 9 СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Содержание [0

Работа добавлена на сайт samzan.net:

15

file:///home/disk1/12balov/files/17/document.doc

Тема 9. СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Содержание

[0.1] 9.2. Оптимизация выбора вида заготовки и методов ее изготовления [0.2] 9.3. Оптимизация выбора технологических операций [0.3] 9.4. Выбор рациональной системы станочных приспособлений

9.1. Особенности структурной оптимизации технологических процессов

Наиболее распространенными в области оптимизации ТП являются исследования, посвященные оптимизации параметров отдельных элементов. При этом считается, что структура технологического процесса, связи и функции отдельных элементов, входящих в него, выбраны заранее. Такие допущения вызваны крайней сложностью формализации задач выбора структуры ТП и многовариантностью решений (комбинации элементов по составу, последовательности, связям и функциям).

Недостаточное внимание к структурной оптимизации ТП приводит к существенному снижению качества технологического проектирования. Известно, что эффект от правильного выбора структуры технического объекта во многом превосходит эффект от его параметрической оптимизации. Действительно, при ошибочном выборе структуры маршрута обработки или отдельной операции самые совершенные методы оптимизации режимов резания не могут компенсировать потерь производительности обработки.

В наиболее общем виде задачу структурной оптимизации можно сформулировать как задачу выбора наилучшей структуры ТП, для чего нужно, во-первых, предъявить определенные требования к совокупности выполняемых операций, т. е. фиксировать некоторое подмножество F°={f,} множества F, и, во-вторых, ввести некоторые критерии предпочтения одной структуры (S') другой (S"). Следовательно, по множеству F° F операций, которые необходимо выполнить, нужно построить множество S(F°) допустимых для F0 структур, т. е. все возможные структуры S, A, каждая из которых может сопоставляться с совокупностью функций , и из них выбрать наилучшую исходя из введенного критерия предпочтения. Для вышеприведенных высказываний использованы обозначения понятий теории множеств: (F0F)–F0 является подмножеством множества F; (A)–  является элементом множества А.

Критерий предпочтения является некоторым функционалом L(S) от структуры, и S'S" эквивалентно L{S')<L(S//). Этот функционал зависит от условий функционирования (технических ограничений), которые в свою очередь описываются некоторым вектором параметров  (предполагается постоянным).

Тогда задача выбора оптимальной детерминированной структуры состоит в поиске структуры, которая наилучшим образом (в смысле выбранного критерия) выполняла бы некоторую заданную совокупность функций F°F при заданных условиях функционирования :

,

где S(F°) – множество всех структур, отвечающих множеству F°; lij – эффективность выполнения объектом i операции j; Ci –  затраты на i-й элемент.

Задача структурной оптимизации, заключающаяся в определении вида функционала F, обычно решается методом перебора. Приближенной аппроксимацией перебора, эффективной для подобных задач, является случайный поиск для нулевых переменных.

Рассмотренный в общем виде математический подход к структурной оптимизации технологических процессов может быть применен при выборе вида заготовки и методов ее изготовления, стадий и этапов при проектировании маршрута обработки заготовки, структуры операции, оптимальной технологической операции, структуры перехода, оборудования, системы станочных приспособлений, конструкции станочного приспособления, конструкции режущего инструмента, многоинструментальной наладки, измерительной системы и др.

9.2. Оптимизация выбора вида заготовки и методов ее изготовления

Выбор вида заготовки является важным этапом технологического проектирования и во многом определяет качество готовых изделий и себестоимость их изготовления. Под заготовкой обычно понимается предмет производства, из которого изменением форм и размеров, шероховатости поверхностей и свойств материала изготавливают деталь или неразъемную сборочную единицу (узел). В качестве исходных заготовок в машиностроении принимают:

1.  отливки, полученные литьем в песчаные либо металлические формы или другими способами;
2.  горячекатаный прокат обычной или повышенной точности, а также профильный фасонный либо другой тип проката,
3.  поковки, полученные методом свободной ковки, ковкой в подкладных кольцах и штампах;
4.  штамповки (поковки), полученные обработкой давлением – объемной горячей и холодной штамповкой;
5.  сварные заготовки из листового материала.

Выбор вида заготовки представляет собой сложную многовариантную задачу. При этом необходимость решения этой задачи может возникнуть на различных этапах технической подготовки производства, а именно: при конструировании, технологическом проектировании. В общем случае вид заготовки должен быть выбран при конструировании детали, а оптимальный метод ее изготовления уточнен при технологическом проектировании. Способ выполнения этих работ определяется видом детали и основывается на одном из трех вариантов:

1) если деталь обрабатывается со всех сторон и не предъявляются особые требования к ее физико-механическим свойствам и макроструктуре металла, то выбор заготовки производится только технологом;

2) если деталь обрабатывается со всех сторон, но к ней предъявляются дополнительные требования, то конструктор, задавая эти требования (например, к расположению волокон металла), косвенно задает возможные методы получения заготовки; окончательное решение о выборе заготовки принимает технолог;

3) если деталь имеет необрабатываемые поверхности, то конструктор предварительно задается определенным типом заготовки, указывая штамповочные или литейные радиусы, уклоны и другие параметры, а технолог определяет оптимальный метод получения заготовки. Решение о выборе заготовки в этом случае целесообразно принимать совместно конструктору и технологу. В настоящее время при выборе вида заготовки конструктор, так же как и технолог, практически не производит технико-экономических расчетов и принимает решение исходя только из своего опыта.

Оптимизация выбора метода получения заготовки позволяет не только снизить затраты на ее изготовление, но и значительно сокращает трудоемкость и себестоимость механической обработки. Выбор оптимальной заготовки должен проводиться по комплексным оценкам, которые учитывают затраты и трудоемкость выполнения всего ТП изготовления детали. При нарушении этого условия может получиться так, что при незначительной себестоимости получения заготовки общая себестоимость 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 выполняется на первых этапах разработки ТП и предшествует составлению маршрута и проектированию операций механической обработки. Это создает определенные трудности для проведения оптимизации выбора вида заготовки с учетом затрат на механическую обработку.

Анализ видов заготовок, используемых в машиностроении, показывает, что их выбор определяется рядом основных показателей (признаков): видом материала, серийностью выпуска, конструктивной формой детали, массой и размерами детали, требуемой точностью заготовки, коэффициентом использования металла и др.

Наиболее важными являются первые четыре признака. Однако учет даже всех перечисленных признаков в ряде случаев не дает однозначного решения по выбору метода получения заготовки и приходится дополнительно проводить технико-экономический анализ. В основу этого анализа может быть положена оптимизация. В качестве критерия оптимальности используется минимальная себестоимость изготовления заготовки Сз, которая определяется стоимостью материала, переменными затратами (заработная плата основных рабочих, затраты на амортизацию оборудования, оснастку, инструмент и т.д.) и постоянными годовыми расходами. Однако выбор заготовки с минимальным значением Сз не всегда приводит к оптимальному варианту технологического процесса изготовления детали. Заготовки, полученные различными методами, отличаются припусками, что оказывает влияние на черновую обработку, в частности на первые операции ТП механической обработки. Поэтому при оптимизации выбора заготовки необходимо также учитывать затраты на выполнение черновых операций механической обработки Смех. При более точной оценке метода получения заготовки целесообразно принимать во внимание стоимость отходов металла Смех, возникающих при механической обработке заготовок с различными припусками. Тогда общий вид зависимости для критерия оптимальности выбора метода получения заготовки может быть представлен следующим образом:

С = min (Сз + Смех – Сотх).

Однако выбор вида заготовки по предлагаемому критерию в конкретных производственных условиях не всегда целесообразен. Имеют место случаи, когда лучше использовать заготовку, которая выбирается либо в соответствии с критерием минимальной себестоимости механической обработки min Смех, либо из минимума затрат на материал min (См–Сотх). Исходя из этого, при решении задачи выбора оптимального метода получения заготовки выделяют следующие этапы:

1) выбор возможных видов заготовки по материалу детали;

2) выбор возможных методов изготовления заготовок исходя из серийности, конструктивной формы, массы и размеров детали;

3) определение технических характеристик для выбранных видов заготовок (точности, коэффициента использования металла и др.);

4) определение себестоимости заготовки Сз для выбранных методов ее изготовления;

5) определение стоимости затрат на механическую обработку Смех для выбранных видов заготовок;

6) определение стоимости отходов металла для выбранных видов заготовок Сотх;

7) выбор оптимального метода изготовления заготовки для конкретных условий производства.

Для формализации условий выбора вида заготовки и методов ее изготовления, а также построения на их основе алгоритмов решения рассматриваемой задачи первоначально проводится классификация всех признаков, определяющих выбор заготовок. Для упрощения алгоритмов выбора заготовки и методов ее изготовления все признаки кодируются.

1. Вид материала (ВМ). Предварительный анализ этого признака показал целесообразность классификации всех материалов с использованием 3-уровневого кодирования. Структура кода имеет следующий вид:

Все материалы разделяются на 7 групп и соответственно кодируются: стали углеродистые (литейные) – 1; чугуны – 2; литейные сплавы – 3; высоколегированные стали и сплавы – 4; низколегированные стали – 5; легированные стали – 6; автоматные стали – 7. Код группы используется для определения возможных видов и методов изготовления заготовок. Второй уровень классификации, описываемый кодами подгрупп, объединяет материалы, имеющие одинаковые или близкие технологические свойства. Коды подгрупп материалов учитываются при определении затрат на черновую механическую обработку. На последнем уровне классификации кодируются конкретные материалы, и эта информация используется для уточненного определения оптовых цен за тонну заготовок и стоимости отходов металла.

2. Конструктивная форма деталей (КФ). Классификация конструктивной формы представлена 11 видами деталей и каждый вид – 5 группами сложности. С 1-го по 4-й вид – детали цилиндрической формы с различными перепадами ступеней; 5-й вид--детали типа втулок и дисков, имеющие сложную наружную и внутреннюю поверхности; 6-й вид–детали типа валов сложной пространственной формы; 7-й вид–детали типа рычагов, шатунов и др.; 8-й вид– корпусные детали призматической формы и сочетания призматической, цилиндрической и других форм; 9-й вид– корпусные детали фланцевого типа; 10-й вид–корпусные детали коробчатой формы сложной конфигурации; 11-й вид–корпусные детали простой конфигурации. Выбор соответствующего кода производится на основе сравнения конкретной детали с описанием типовой детали-представителя в специальной таблице.

3. Серийность производства (СП). Серийность производства зависит от массы детали и годовой программы выпуска. В рассматриваемой подсистеме вид серийности производства кодируется следующим образом: единичное– 1, серийное–2, крупносерийное – 3, массовое – 4.

4. Масса детали (МД). Для выбора вида заготовки важное значение имеет ее масса, которая в условиях рассматриваемой задачи определяется 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 по двум диапазонам: 1 – до 50 кг, 2 – свыше 50 кг.

Размер заготовки оказывает влияние только на выбор заготовок из проката: если диаметр заготовки больше 250 мм (код В), то в этом случае прокат обычно не используется; если диаметр меньше 250 мм (код А), то возможно его применение.

В целях упрощения построения алгоритмов решения рассматриваемой задачи определяемые виды заготовок и методы их изготовления также целесообразно кодировать: литье в песчаные формы – 1; центробежное литье – 2; литье под давлением – 3; литье в кокиль – 4; литье в оболочковые формы – 5; литье по выплавляемым моделям – 6; прокат – 7; штамповка – 8; поковка – 9; сварная заготовка – 10.

Алгоритм выбора возможных видов заготовок и методов их изготовления может быть представлен в виде таблицы выбора решений (табл. 9.1). Согласно этой таблице, исходя из конкретных значений ранее рассмотренных признаков детали, выбирается один или несколько возможных методов получения заготовки.

Табл. 9.1. Таблица выбора решений для определения возможных видов и методов изготовления заготовки

Наименование признака	Код признака
Материал	1, 2, 3
Серийность	1	2, 3, 4
Конструктивная форма	1 - 11	1	2	3	4	5
Масса детали	1 - 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6
Вид заготовки	1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1
		3 3 4 4 4	2 2 2 4 4	3 3 4 4 4	2 2 2 4 4	3 3 4 4 4
		4 4	3 3 4	4 4	3 3 4	4 4 5
		6 6	4 4	6 6	4 4	5 5
			6 6		6 6	6 6
Материал	1, 2, 3
Серийность	2, 3, 4
Конструктивная форма	6	7	8	9	10	11
Масса детали	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6	1 2 3 4 5 6
Вид заготовки	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1	1 1 1 1 1 1
	4 4 4 4 4	3 3 4 4 4	3 3 5	3 3 4 4 4	3 3 4 4 4	3 3 4 4 4
	5 5 5	4 4 5	5 5	4 4 5	4 4 5 5 5	4 4 5
	6 6	5 5		5 5	5 5	5 5
		6 6		6 6	6 6
Материал	4, 5, 6
Серийность	1
Конструктивная форма	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Масса детали	1	2	1	2	1	2	1	2	-	-	-	1	2	-	-	1	2
Диаметр заготовки	А	В	-	А	В	-	А	В	-	А	В	-	-	-	-	А	В	-	-	-	А	В	-
Вид заготовки	7	9	9	7	9	9	7	9	9	7	9	9	9	9	9	7	9	9	9	10	7	9	9
	9			9			9			9						9			10
Материал	4, 5, 6
Серийность	2, 3, 4
Конструктивная форма	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Масса детали	1	2	1	2	1	2	1	2	-	-	-	1	2	-	-	1	2
Диаметр заготовки	А	В	-	А	В	-	А	В	-	А	В	-	-	-	-	А	В	-	-	-	А	В	-
Вид заготовки	7	8	8	7	8	8	7	8	8	7	8	8	8	8	8	7	8	8	8	8	7	8	8
	8	9	9	8	9	9	8	9	9	8	9	9	9	9	9	8	9	9	9	10	8	9	9
	9			9			9									9			10			10

Далее производится определение доплат за серийность, черновую механическую обработку, находятся оптовые цены за тонну заготовки и стоимость отходов металла, определяется точность заготовок и коэффициент использования металла. После определения стоимости всех выбранных ранее видов заготовок, стоимости отходов металла и стоимости черновой обработки проводится оптимизация выбора метода изготовления заготовки (рис. 9.1).

Результаты проектирования выводятся в виде технологической карты, где приводятся характеристики оптимального и всех возможных методов получения заготовки (точность, коэффициент использования металла, себестоимость изготовления заготовки, стоимость черновой обработки и стоимость отходов металла).

9.3. Оптимизация выбора технологических операций

Одним из наиболее важных этапов структурной оптимизации ТП является выбор технологических операций механической обработки. Вид операции и применяемое оборудование существенно влияют на трудоемкость обработки и связанную с ней технологическую себестоимость. Последний показатель обычно используется в качестве критерия для выборов вариантов ТП изготовления изделия.

Технологическая себестоимость в рассматриваемой задаче определяется способом, который базируется на расчете каждого элемента технологической себестоимости операции. Причем расчет элементов по каждому из сопоставляемых вариантов выполняется приближенным способом на основании укрупненных затрат, приходящихся на час работы оборудования и рабочих мест.

На стадии эскизного проектирования при выборе операции механической обработки технологическая себестоимость определяется приближенным методом по следующей формуле:

Рис. 9.1. Схема алгоритма выбора оптимального метода получения заготовки

Сопi=Счi tшт.-кi,      (9.1)

где Счi – производственные затраты, приходящиеся на 1 ч работы оборудования, занятого при выполнении i-й операции; tшт.-кi – норма штучно-калькуляционного времени на выполнение i-й операции.

Как показывает анализ зависимости, ее минимизацию за счет одновременного уменьшения удельных производственных затрат на оборудование Счi и штучно-калькуляционного времени обработки tшт.-кi (осуществить, как правило, невозможно, так как использование более высокопроизводительного оборудования приводит к уменьшению tшт. кi при одновременном росте удельных расходов на его содержание и эксплуатацию. Очевидно, из ряда сравниваемых вариантов обработки оптимальным является тот, при осуществлении которого рост производительности превысит рост удельных затрат.

Таким образом, задача определения технологической себестоимости обработки сводится к решению двух взаимосвязанных подзадач:

а) определение возможных для заданных условий операций обработки детали, соответствующих моделей станков и удельных затрат Счi, на 1 ч их работы;

б) определение трудоемкости обработки tшт. кi; применительно к выбранным видам технологических операций.

Выбор возможных для заданных условий операций обработки поверхностей детали производится на основе анализа ее конструктивно-технологических признаков, к которым относятся:

1) тип поверхностей детали, подлежащей обработке;

2) стадии обработки (черновая, чистовая, тонкая, отделочная);

3) габаритные размеры детали;

4) точность и шероховатость поверхностей для рассматриваемой стадии обработки;

5) твердость поверхностей, обрабатываемых на рассматриваемой стадии;

6) конструктивная сложность поверхностей, обрабатываемых на соответствующей стадии;

7) годовая программа выпуска деталей.

По общности методов, используемых при обработке, все поверхности, образующие конфигурацию деталей машин, разбивают на группы. Как правило, на начальных этапах проектирования технологических процессов решаются вопросы выбора рациональных способов обработки групп однородных поверхностей–наружных поверхностей вращения, внутренних, плоских, зубчатых, резьбовых, шлицевых и т. д. Это позволяет использовать единую методику укрупненной оценки эффективности различных методов обработки уже на ранних этапах проектирования, когда у технолога еще отсутствует вся необходимая информация для точной оценки трудоемкости обработки.

Рассмотрим выбор конструктивно-технологических признаков для определения возможных вариантов обработки на примере наружных и торцовых поверхностей вращения деталей класса «валы» с L>2D. Конфигурация этого класса деталей определяется сочетанием различного числа элементарных наружных поверхностей вращения. В зависимости от требований чертежа каждая поверхность должна пройти ряд стадий обработки, под которыми понимаются укрупненные группы операций, включающие однородную по характеру, точности и качеству обработку элементарных поверхностей. Выбор стадий обработки может производиться на основе алгоритма, представленного в виде табл. 9.2.

Табл. 9.2. Выбор стадий обработки наружных поверхностей вращения

в зависимости от требований точности и шероховатости

Стадия обработки	Код стадии	Достигаемая точность и шероховатость Ra (Рz), мкм
		12 (80)	10 (20)	7/0,63	6/0,16 и менее
Черновая	1	1	1	1	1
Чистовая	2		2	2	2
Тонкая	3			3	3
Отделочная	4				4

Габаритные размеры детали, точность и шероховатость поверхностей, а также твердость определяются на основе анализа чертежа и вводятся в качестве исходных данных. Значительно большую трудность представляет определение конструктивной сложности обрабатываемых поверхностей.

Конструктивная сложность детали – это сложность ее как геометрического тела. Количественная оценка конструктивной сложности определяется по исходным данным чертежа и может быть представлена некоторой функциональной зависимостью в виде суммы всех обрабатываемых на I-й стадии поверхностей. При оценке конструктивной сложности на каждой стадии следует различать основные поверхности Р, образующие основной контур детали (для валов Р – это число ступеней), торцовые МТ и дополнительные M (фаски, галтели, пазы) поверхности, образующие как бы рельеф на основном контуре.

Ниже приводится зависимость для определения конструктивной сложности, которая получена на основе статистического анализа деталей класса «валы» с учетом трудоемкости обработки основных и дополнительных поверхностей на I-й стадии:

QI=PI+0,5MTI+0,1MI     (9.2)

Одним из важнейших признаков, от которого зависит правильный выбор вида технологической операции, ее структуры и соответствующего ей оборудования, является серийность, или тип производства. Тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций kз.о, который описывается отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяцев, к числу рабочих мест. В свою очередь kз.о главным образом зависит от заданной программы выпуска деталей N и трудоемкости их изготовления tшт.-к.

Вычисление на ранних стадиях технологического проектирования значения tшт.-к представляет определенную трудность. Учитывая, что на этой стадии не может быть получен операционный ТП, содержащий необходимые сведения для расчета норм времени, необходимо использовать методы укрупненного нормирования. Поэтому выявляются функциональные зависимости между штучно-калькуляционным временем и наиболее общими параметрами детали, учитывающие ее конструктивную сложность Q и размерные характеристики. Для определенных типов деталей размерные характеристики имеют корреляционную связь с массой детали МД. На основе статистического анализа процессов обработки различных классов деталей установлены функциональные зависимости следующего вида:

.     (9.3)

Используя известные зависимости для определения числа операций, закрепляемых за одним рабочим местом с учетом коэффициента загрузки и коэффициента выполнения норм времени (Кв), для двухсменной работы получают применительно к обработке наружных поверхностей вращения деталей класса «валы»

).

Далее на основе рассчитанных значений kз.о Для конкретной детали тип производства определяется по табл. 9.3.

Табл. 9.3. Определение типа производства

Коэффициент закрепления операции	kЗ.О> 20	10< kЗ.О £20	1< kЗ.О £10	kЗ.О £ 1
Тип производства	Единичное и мелкосерийное	Среднесерийное	Крупносерийное	Массовое
Код	1	3	3	4

Если тип производства заранее известен, то его код, согласно табл. 9.3, может быть введен при автоматизированном проектировании в ЭВМ в диалоговом режиме.

При выборе оптимальной технологической операции возникает задача генерации или составления возможных видов операций применительно к обработке конкретных поверхностей, заданной стадии и серийности производства. Для решения этой задачи составляется таблица выбора видов технологических операций (табл. 9.4).

Табл. 9.4. Таблица выбора кодов технологических операций по обработке наружных поверхностей вращения валов

Стадии обработки	1	2	3	4
Серийность производства	1	2	3	4	1	2	3	4	1	2	3	4	1	2	3	4
Операции	009	010	012	012	009	012	012	012	021	021	103	104	102	102	103	109
	010	013	013	013	010	013	013	013	011	011	105	105	103	103	109	127
	014	014	022	022	014	014	022	022	101	101	106	106	018	123	127	129
					101	101	103	104	103	103	107	019	019	129	128
					103	103

В ней для черновой, чистовой, тонкой и отделочной стадий и для различной серийности производства представлены коды возможных технологических операций согласно табл. 9.5.

Табл. 9.5. Кодирование технологических операций обработки наружных поверхностей вращения деталей класса «валы»

Код операции	Наименование операции	Код структуры
009	Токарно-винторезная	1
010	Токарная с ЧПУ центровая	2
011	Токарно-винторезная высокой точности	1
012	Токарная полуавтоматная многорезцовая одношпиндельная	4
013	Токарно-копировальная	3
014	Токарная с ЧПУ патронно-центровая	2
018	Токарная обкатная	1
019	Токарная выглаживательная	1
021	Токарная с ЧПУ высокой точности	2
022	Токарная полуавтоматная многошпиндельная многорезцовая непрерывного действия	5
101	Круглошлифовальная продольная	1
102	Круглошлифовальная продольная высокой точности	1
103	Круглошлифовальная с ЧПУ	2
104	Круглошлифовальная врезная полуавтоматная многокамневая	7
105	Круглошлифовальная врезная полуавтоматная	10
106	Торцекруглошлифовальная врезная полуавтоматная	6
107	Бесцентрово-шлифовальная	8
109	Бесцентрово-доводочная	8
123	Доводомно-притирочная	1
127	Суперфинишная	9
128	Алмазно-выглаживательная	1
129	Полировальная лепестковым кругом	9

Нетрудно заметить, что для определенных стадий обработки и серийности производства имеется возможность выбрать и проанализировать три-четыре вида операций, отличающихся главным образом структурой. Структура технологической операции может быть одноинструментальной и многоинструментальной, однопозиционной и многопозиционной, прерывной и непрерывной. Структура существенно влияет на трудоемкость обработки и соответственно на ее производительность и себестоимость. Образование структур технологических операций ведется в двух направлениях:

а) за счет совмещения элементов основного времени tо (последовательная, параллельно-последовательная и параллельная обработки);

б) за счет совмещения элементов вспомогательного времени tв=tиз+tс.у+tх, затрачиваемого на измерение и ручную подналадку оборудования методом пробных проходов (tиз), на съем и установку деталей (tс у), на выполнение холостых ходов (tх).

В табл. 9.6 выделены и закодированы структуры технологических операций обработки наружных и торцовых поверхностей деталей класса «валы». Все операции разделены на две группы. Первая содержит коды операций от 001 до 099, что соответствует операциям с использованием современного лезвийного инструмента, обеспечивающего обработку незакаленных материалов. В операциях с кодами более 100 обработка осуществляется абразивным, алмазным (в том числе лезвийным из синтетических сверхтвердых материалов) инструментом, что позволяет обрабатывать как незакаленные, так и закаленные материалы. Черновая и чистовая обработки производятся на станках нормальной (или повышенной) точности, тонкая и отделочная – на станках высокой точности.

Табл. 9.6. Структуры технологических операций обработки наружных поверхностей вращения

Характеристика структуры операции	Код структуры
Последовательная обработка методом пробных проходов и промеров; ручное управление станком; ручное закрепление заготовки; однопозиционная (универсальные станки)	1
Последовательная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (станки с ЧПУ)	2
Последовательно-параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (гидрокопировальные станки)	3
Параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (многорезцовые полуавтоматы)	4
Параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; многопозиционная (многошпиндельные полуавтоматы непрерывного действия)	5
Параллельно-последовательная обработка врезанием по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (торцекруглошлифовальные врезные полуавтоматы)	6
Параллельная обработка врезанием по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (многокамневые шлифовальные врезные полуавтоматы)	7
Последовательная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; автоматизированное закрепление заготовки; непрерывная (бесцентровошлифовальные станки)	8
Последовательная обработка по настройке; ручное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (суперфинишные, полировальные станки)	9
Последовательная обработка врезанием; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (круглошлифовальные врезные полуавтоматы)	10

Табл. 9.7. Таблица выбора кодов моделей станков для токарно-винторезной операции в зависимости от диаметра и длины детали

Диаметр D, мм, не более	Длина L, мм, не более
	250	500	700	1400
40	001	001	002	002
100	001	001	002	002
160	001	001	002	002
300	003	003	003	003

Табл. 9.8. Фрагмент массива станков MST

Код станка	Модель станка	Наименование станка	Габаритные размеры, м	Цена, р.	Приведенные часовые затраты, к/ч;
001	1М61	Токарно-винторезный	2,05х1,1	1890	128,2
002	1К62	Токарно-винторезный	3,2х1,2	5620	206,6
003	1М63	Токарно-винторезный	3,5х1.7	6220	218,2

После определения группы возможных операций решается задача выбора соответствующих моделей станков. Эта процедура выполняется на основе анализа массива станков MST с учетом вида операций и габаритных размеров обрабатываемой детали. В качестве примера может быть приведена одна из таких таблиц выбора кодов моделей станков для токарно-винторезной операции (табл. 9.7).

По коду станка из массива MST определяются его габаритные размеры, стоимость и приведенные часовые затраты Счi, (табл. 9.8). Выбор оптимальной технологической операции, как уже отмечалось, предшествует попереходному проектированию операции с определением режимов резания. Это приводит к тому, что в рассматриваемой задаче не могут быть использованы точные методы микроэлементного или элементного нормирования. Однако на этом этапе представляется возможным использовать более точные методы укрупненного нормирования по сравнению с формулой (9.3).

Степень укрупнения нормативов определяет универсальность и относительную точность модели, поэтому в каждом конкретном случае необходимо строить модель оптимальной сложности. В качестве критерия эффективности, включающего по возможности минимальное число факторов, берется штучное время.

Трудоемкость выполнения операций по обработке детали может быть представлена в виде суммы элементов норм времени:

tшт.-к=(tо.р+tо.м)+tв+tс.у+tобс+Тп.-з/N,     (9.4)

где (tо.р+tо.м) – основное время обработки соответственно основных и вспомогательных поверхностей; tв – вспомогательное время на выполнение операции; tс.у – время снятия и установки заготовки; tобс – время обслуживания станка и время отдыха; Тп.-з – подготовительно-заключительное время; N – число заготовок в партии.

В условиях укрупненного нормирования основное время обработки отдельных цилиндрических поверхностей может определяться по эмпирическим зависимостям вида

tо = kpkм DL      (9.5)

где D, L – соответственно диаметр и длина обрабатываемой поверхности; kp – коэффициент, отражающий среднестатистический уровень режимов различных методов и стадий обработки поверхностей детали из стали 45 стандартным инструментом (табл. 9.9); kм – коэффициент материала, учитывающий обрабатываемость данного материала в сравнении с обрабатываемостью стали 45. В зависимости от вида обработки различают коэффициент kм.л . – для лезвийного инструмента и kм.а – для абразивного.

Табл. 9.9. Значения коэффициентов режимов резания kр

Стадия обработки	Метод обработки	kpx10-3
Черновая	Точение	0,1
Чистовая	Точение	0,175
	Шлифование	0,12
Тонкая	Точение	0,2
	Шлифование	0,18
Отделочная	Шлифование	0,3
	Доводка	0,8
	Суперфиниширование	0,35
	Обкатывание	0,1
	Выглаживание	0,45
	Полирование лепестковыми кругами	0,3

На основе статистического анализа норм времени различных технологических операций изготовления валов и с учетом формулы (9.5) может быть получена следующая зависимость для определения времени обработки основных поверхностей детали:

tо =kpkмkзkтр1Dпр     (9.6)

где kз – коэффициент, учитывающий дополнительное время, которое необходимо затратить, чтобы придать принятой заготовке форму и размеры унифицированной заготовки (в качестве такой заготовки для ступенчатых валов принята штамповка нормальной точности; коэффициент kз вводится в расчет только на черновой стадии обработки и определяется в зависимости от соотношения массы заготовки Мзаг и детали МД по формуле kз=0,787Мзаг/); kтр1–коэффициент трудоемкости обработки основных поверхностей, учитывающий вид структуры выполняемой операции (см. табл. 9.6); Dnp – приведенный диаметр основных поверхностей, определяемый по формуле

Аналогично были получены зависимости для остальных элементов нормы времени, входящие в формулу (9.4):

tо.м =kмkтр2 Dnp МД 103;

tс.у=kтрз (0,44+0,4Мд);

tв=0,666 kтр4;

tобс=kтр5(tо.п.+ tо.м.+ tс.у.+ tв);

Тп.-з.=22kтр6,

где kтр2, kтр3, kтр4, kтр5, kтр6 – коэффициенты трудоемкости соответственно обработки дополнительных поверхностей, снятия и установки заготовки, выполнения вспомогательных операций, обслуживания станка и подготовительно-заключительных работ в зависимости от структуры операции (табл. 9.10); LД. – длина детали.

Табл. 9.10. Значения коэффициентов трудоемкости по элементам операции в зависимости от ее структуры

Код структуры операции	Коэффициенты трудоемкости kтр
	kтр1	kтр2	kтр3	kтр4	kтр5	kтр6
1	1,0	1,2	1,0	1,0	0,04	1,0
2	0,8	0,8	0,8	0,1	0,04	0,5
3	0,8	0	0,8	0,1	0,07	0,68+0,1 M
4	1,3Limax/5Li	0	0,8	0,1	0,08	0,45+0,22Р+0,1M
5	1,3 Limax/5Li	0	0	0,1	0,10	0,45+1,1Р+0,5М
6	30Pi/Li	0	0,8	0,1	0,125	1,0
7	10 Pi/Li	0,3	0,8	0,1	0,125	5,0
8	36/Dnp	0	0,1	0	0,155	1,0
9	1,0	0	0,8	0,1	0,10	1,0
10	30 Pi/Li	0,8	0,8	0,1	0,125	1,0

Для определения штучно-калькуляционного времени tшт..-к по формуле (9.4) для условий серийного производства необходимо дополнительно определить величину партии запуска заготовок в производство n. Известно, что число заготовок в партии зависит от габаритных размеров детали и ее конструктивной сложности, определяемой в этом случае числом обрабатываемых поверхностей.

Для упрощения построения алгоритмов определения партии запуска для деталей типа «валы» вводится классификация по габаритам (табл. 9.11) и конструктивной сложности деталей Q' (табл. 9.12).

Число заготовок в партии запуска определяется в долях программы годового выпуска деталей

n = iN,

где i – коэффициент пропорциональности, являющийся функцией габаритов и конструктивной сложности деталей и определяемый на основе регрессионного анализа (табл. 9.13).

Табл. 9.11. Классификация деталей по габаритам

Наименование	Габариты, мм	Код
	Dmax	Lmax
Мелкие	40	250	1
Небольшие	100	500	2
Средние	300	700	3
Крупные	300	700	4

Табл. 9.12. Классификация деталей по конструктивной сложности

Наименование	Число обрабатываемых поверхностей	Код
Простейшие	3	1
Простые	20	2
Средней сложности	40	3
Сложны	40	4

Табл. 9.13. Определение коэффициента пропорциональности i

Коды деталей по габаритам	Коды деталей по сложности	i
1	1	0,10
	2	0,09
	3	0,08
	4	0,07
2	1	0,08
	2	0,07
	3	0,06
	4	0,05
3	1	0,06
	2	0,05
	3	0,04
	4	0,03
4	1	0,035
	2	0,03
	3	0,025
	4	0,02

При разработке алгоритма решения задачи предварительно должна быть проанализирована и систематизирована вся исходная информация, включающая общие данные о детали (наименование, материал, твердость, число основных и вспомогательных поверхностей, масса, наличие термообработки и годовой объем выпуска) и об отдельных поверхностях (размеры, квалитет и шероховатость).

Алгоритм выбора оптимальных технологических операций представляет собой последовательное выполнение следующих процедур: ввод исходных данных, определение требуемого числа стадий обработки, выбор групп операций для каждой стадии обработки, выбор моделей станков, определение структуры операций, расчет штучного времени, определение себестоимости выполнения всех выбранных операций и выбор оптимальной технологической операции. Вывод результатов проектирования производится в виде технологических карт.

Вышеописанный, алгоритм представлен на рис. 9.2. Программа автоматизации выбора оптимальных технологических операций для различных стадий может быть выполнена в диалоговом режиме, что позволит наряду с автоматизированным решением задачи провести окончательную оценку результатов проектирования проектировщиком.

Рис. 9.2. Схема алгоритма выбора оптимальной операции

9.4. Выбор рациональной системы станочных приспособлений

Эффективность разрабатываемых технологических процессов зависит от правильного, технически и экономически обоснованного выбора различных видов оснастки. В настоящее время выбор режущих, вспомогательных, измерительных инструментов и станочных приспособлений в САПР ТП обычно выполняется на основе анализа таблиц выбора решений для конкретных видов технологической оснастки. При составлении таблиц разработчики САПР стремятся заложить в них наиболее рациональные решения, но эти таблицы, как правило, для конкретных условий не могут дать оптимальных решений. Ниже рассматривается один из методов структурной оптимизации ТП – выбор системы станочных приспособлений. От решения этой задачи в значительной степени зависят трудоемкость и себестоимость ТП механической обработки.

В машиностроении используется шесть основных систем станочных приспособлений (ССП):

•  универсально-сборные (УСП);
•  универсально-безналадочные (УБП);
•  сборно-разборные (СРП);
•  универсально-наладочные (УНП);
•  специализированные наладочные (СНП);
•  неразборные специальные (НСП).

Универсально-сборные приспособления эффективно применяются в условиях единичного и мелкосерийного производства. Их собирают из заранее приготовленных деталей и сборочных единиц высокой прочности и точности без последующей доработки. УСП нецелесообразно использовать в условиях серийного и крупносерийного производства, так как при больших партиях деталей происходит нарушение стыковых соединений и снижается стабильность прочностных параметров. Кроме того, основные элементы УСП подвержены коррозии и не могут длительное время находиться в эксплуатации.

Универсальные безналадочные приспособления представляют собой законченные механизмы многократного использования и применяются в условиях единичного и мелкосерийного производства при оснащении операции с малым подготовительным временем. Для подготовки УБП к работе требуются меньшие затраты времени по сравнению с другими видами оснастки, кроме специальной. Однако эти приспособления не имеют в составе комплекта стандартных установочных, направляющих и других элементов. Это ограничивает универсальность приспособлений, их технологические возможности, получаемую точность обработки.

Сборно-разборные приспособления отличаются более высокой, чем УСП, жесткостью и надежностью и применяются в основном в мелкосерийном и серийном производствах. СРП имеют высокие оперативность сборки, уровень механизации, точность и производительность и эффективно применяются на станках с ЧПУ. Однако из-за отсутствия унификации с другими видами переналаживаемой оснастки для УСП необходимо проектировать специальные детали и переходные элементы, что увеличивает время подготовки приспособлений к работе.

Универсально-наладочные приспособления состоят из базовой единицы и наладочной части. УНП применяются в мелкосерийном, серийном и крупносерийном производствах для групповой обработки деталей.

Специализированные наладочные приспособления состоят из специализированной, чаще всего механизированной, базовой сборочной единицы и специальных сменных наладок для установки близких по схемам базирования и закрепления обрабатываемых деталей. СНП применяются как в мелкосерийном, так и в крупносерийном производстве. К недостаткам УНП и СНП относится необходимость проектирования и изготовления специальных сменных наладок или наладочных регулируемых элементов.

Неразборные специальные приспособления представляют собой необратимые конструкции, не предназначенные для разборки с целью повторного использования. НСП применяют в основном в условиях крупносерийного и массового производства при редкой смене изделий.

Станочные приспособления предназначены для решения трех основных задач:

1) обеспечения заданной точности обработки;

2) повышения производительности;

3) облегчения труда рабочих.

Для выполнения операции ТП могут быть использованы приспособления, равноценные по точности, но различные по сложности, себестоимости и производительности. Выбор систем оснащения для нового изделия зависит и от того, какими приспособлениями пользовался завод ранее и на какую серийность осваиваемых машин он может рассчитывать в дальнейшем.

В настоящее время разработана методика выбора рациональных систем станочных приспособлений на основе оценки эффективности их применения в зависимости от загрузки, т.е. от коэффициента загрузки kз, и периода производства изделий Tп.

Следующим важным ограничением применения конкретной системы (УСП, СНП, УНП, СРП) является продолжительность выпуска оснащаемых деталей Tв. в сравнении с минимальным устанавливаемым сроком выпуска Тmin, для которого целесообразно создание специализированного оснащения. Кроме того, ограничением является стоимость оснащения Cs приспособлениями той или иной системы, рассчитываемая на основе данных справочного массива.

Выбор типа ССП осуществляется на основе планово-организационных, технологических и конструктивных данных об обрабатываемой детали. Эти данные сравниваются с имеющимися в массивах информации сведениями о возможностях и конструктивных особенностях различных ССП. После анализа всех условий выбираются системы станочных приспособлений, которые по своим параметрам могут обеспечить при обработке деталей выполнение заданных требований. В случае получения более одного возможного варианта проектировщик принимает решение о выборе конкретной ССП на основе производственного опыта. При наличии уточняющих сведений применительно к рассматриваемому производственному предприятию этот этап проектирования может быть полностью автоматизирован. Алгоритм выбора ССП представлен на рис. 9.3.

После ввода данных в диалоговом режиме в блоке 3 выполняется расчет коэффициента загрузки приспособления по известным в технологии машиностроения зависимостям. В блоке 4 выбирается ССП, станочные приспособления которой могут обеспечить требуемую точность обработки деталей. В блоке 5 определяется возможность эффективного применения ССП на различных по степени универсальности станках: 1 – универсальных, 2 – автоматах и полуавтоматах, 3 – специализированных, 4 – специальных. В блоке 6 выполняется сравнение габаритных размеров обрабатываемой детали с предельно возможными их значениями для различных ССП на данной операции. При машинной реализации блоков 4, 5 и 6 могут использоваться матричные формы представления массивов информации, соответствующие элементы которых заполняются «0», если данная ССП не удовлетворяет условиям, и «1», если условия удовлетворяются.

Рис. 9.3. Схема алгоритма выбора рациональной системы станочного приспособления

В блоке 7 выполняется окончательный выбор ССП, удовлетворяющий всем заданным на входе условиям. Здесь же происходит расшифровка выбранных ССП. В блоке 8 в зависимости от периода изготовления детали и коэффициента загрузки по матрице затрат определяются величина относительных затрат и цикл оснащения.

Для оценки рациональности выбранной ССП вводится безразмерный показатель эффективности:

E=1V1+2V2,

где V1 – относительные затраты при оснащении операций; V2 – относительный цикл оснащения; 1 и 2 – весовые коэффициенты.

Значения V1 и V2 рассчитываются в отношении к затратам и времени оснащения НСП. Чем меньше величина Е, тем более рациональным является применение данной ССП. Список допустимых ССП выводится на печать в порядке рациональности применения с указанием их технико-экономических показателей.

1. Основними напрямами державної політики в галузі охорони довкілля використання природних ресурсів та забез
2. а Работа выполнена- Студент- Гусева И
3. тематичних наук Ужгород ~6 Дисертацією є рукопис
4. Ферменты дереворазрушающих грибов
5. Экономическая политика фашистской Германии 20-30 годов1
6. на тему- Основы здорового образа жизни Работу выполнила- студентка 1 кур
7. варианты ответа 1 Когда возникли налоги с разделе
8. Лекция 12 Макроэкономическое равновесие
9. а и бактериальных клеток
10. тематическая суть задачи состоит в решении уравнения fxгде функция fx описывается заданной формулой x ~ ис
11. Ирано-византийская война 602 - 628 гг.html
12. Срок его действия на конец путешествия в зависимости от страны должен составлять от 1 до 12 месяцев Минимал
13. тема дисциплины Судоустройство ее соотношение с другими юридическими дисциплинами
14. тема Цивільного захисту України.html
15. Учет затрат по оплате кредитов банка в программе 1С Предприятие
16. ВОЗ которые предъявляются к продукции производителей косметики
17. Сальмонеллёз профилактика внутрибольничной инфекции
18. Реферат.
19. I. Trnslte the slides. nswer the questions find geogrphicl objects on the mp nd show them to the group
20. і Циклонда ауа ~ысымы ортасынан шетіне ~арай артады

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе