книги / Оптимизация технологических процессов механической обработки

Окончание табл. 1.1

	Этап проектирования ТП	Вид оптимизации
		струк-	парамет-
		турная	рическая
4.	Выбор технологических баз	+	–
5.	Составление технологического маршрута	+	–
обработки
6.	Разработка технологических операций	+	+
7.	Нормирование ТП	–	+
8.	Определение требований техники безо-	–	–
пасности
9.	Расчет экономической эффективности ТП	+	+
10. Оформление технологической докумен-		–	–
тации

Выделенные виды оптимизации взаимосвязаны. Так, при параметрической оптимизации необходимо принять решение о выборе структуры соответствующего уровня. В то же время структурная оптимизация требует знания значений параметров, входящих в соответствующую структуру.

2. СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Особенности структурной оптимизации

Большинство работ в области оптимизации ТП затрагивает оптимизацию неуправляемых и управляемых параметров от-

дельных элементов ТП. При этом считается, что структура ТП,

связи и функции отдельных элементов, входящие в них, выбра-

ны заранее. Выбор структуры ТП характеризуется низкой фор-

мализацией при достаточно высокой многовариантности реше-

21

ний. Недостаточное внимание к структурной оптимизации ТП связано с тем, что творческие способности человека при реше-

нии этих задач превосходят возможности ЭВМ. В то же время значение правильного выбора структуры во многом превосхо-

дит эффект от параметрической оптимизации. Задача выбора оптимальной структуры состоит в поиске структуры, которая наилучшим образом (в отношении выбранного критерия) вы-

полняла бы некоторую заданную совокупность функций при заданных условиях функционирования. Решение задач струк-

турной оптимизации обычно выполняется методом перебора.

Такой подход может быть применен при решении следующих задач выбора:

1)вида заготовки и методов ее изготовления;

2)стадий и этапов при проектировании маршрута обработки;

3)маршрута обработки;

4)структуры операций;

5)оптимальной технологической операции;

6)структуры перехода;

7)оборудования;

8)системы станочных приспособлений (СП);

9)конструкции СП;

10)конструкции режущего инструмента;

11)многоинструментальной наладки;

12)измерительной системы и др.

22

2.2. Выбор вида и методов изготовления исходной заготовки

Выбор исходной заготовки – важный этап технологического проектирования. Он включает выбор рационального вида и метода изготовления заготовки, определение размеров, припусков и допусков на обработку поверхностей.

Под исходной заготовкой понимается предмет производства, из которого изменением формы и размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают деталь. В качестве исходных заготовок в машиностроении применяют следующие [3]:

1)отливки, получаемые различными методами литья;

2)поковки, получаемые методом свободной ковки, ковкой

вподкладных кольцах и штампах;

3)штамповки (поковки), получаемые методами объемной горячей и холодной штамповки;

4)горячекатаный прокат обычной или повышенной точности, а также профильный фасонный прокат;

5)сварные заготовки;

6)заготовки, получаемые методом порошковой металлургии. Выбор вида исходной заготовки представляет собой слож-

ную многовариантную задачу, которая может возникать на различных этапах технической подготовки производства, а именно: при конструировании и технологическом проектировании. Наиболее приемлемым следует считать решение о выборе вида заготовки, принятое совместно конструктором и технологом.

23

Постановка задачи оптимизации методов изготовления деталей требует разработки систем автоматизированного проектирования техпроцессов мехобработки, включающих подсистему выбора оптимальных методов изготовления исходных заготовок. Оптимизация выбора вида и метода получения исходной заготовки позволяет не только снизить затраты на ее изготовление, но и значительно сократить трудоемкость и стоимость механической обработки. Выбор оптимальной исходной заготовки должен проводиться по комплексным оценкам, которые учитывают затраты и трудоемкость выполнения всего технологического процесса 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 вида исходной заготовки и методов ее изготовления в соответствии с ГОСТ 14.301–83 выполняется на первых этапах разработки ТП и предшествует составлению маршрута и проектированию отдельных технологических операций. Это создает определенные трудности для проведения оптимизации выбора вида заготовки с учетом затрат на механическую обработку.

Анализ видов исходных заготовок, используемых в машиностроении, показывает, что их выбор определяется рядом основных показателей (признаков) детали: видом материала, серийностью или объемом выпуска, конструктивной формой де-

24

тали, массой и размерами деталей, требуемой точностью исходной заготовки, коэффициентом использования металла и др. Наиболее важными являются первые четыре признака.

В качестве критерия оптимальности при выборе исходной заготовки используется минимальная себестоимость изготовления исходной заготовки Сз, которая определяется стоимостью материала, переменными затратами на изготовление заготовки (заработная плата основных рабочих, затраты на амортизацию оборудования, оснастку, инструмент и т.д.) и постоянными годовыми расходами. Выбор заготовки по минимальному значению Сз не всегда приводит к оптимальному варианту при оценке всего процесса изготовления детали. Заготовки, отличающиеся различными припусками, влияют главным образом на черновую обработку на первых операциях ТП механической обработки. Поэтому при оптимизации выбора заготовки необходимо также учитывать затраты на выполнение черновых операций механической обработки Смех. При более точной оценке оптимального метода получения исходной заготовки целесообразно принимать во внимание стоимость отходов металла Сотх, возникающих при механической обработке заготовок с различными по величине припусками. Тогда зависимость для критерия оптимальности при выборе метода получения исходной заготовки будет представлена в виде выражения

С1≤ j≤k = min (Cз j + Cмех j − Cотх j ),

гдеk – числоанализируемыхметодовполученияисходнойзаготовки.

25

Формализация условий, влияющих на выбор вида исходной заготовки и методов ее изготовления, и построение на их основе алгоритмов решения задачи требуют классификации и кодировки признаков, определяющих выбор исходной заготовки.

Классификация и кодировка признаков, определяющих выбор исходной заготовки

Основными признаками детали, определяющими выбор вида исходной заготовки, являются: вид материала, серийность произ-

водства, конструктивная форма детали, масса и размеры детали.

Вид материала (ВМ). Все материалы, используемые для из-

готовления заготовок, могут быть разбиты на 7 групп, каждая из которых имеет следующий код:

стали углеродистые (литейные) – 1;

чугуны – 2;

сплавы литейные – 3;

высоколегированные стали и сплавы – 4;

низколегированные стали – 5;

легированные стали – 6;

автоматные стали – 7.

Серийность производства (СП). Серийность производства определяется видом машиностроения, массой детали и готовым объемом выпуска. Если задана годовая программа выпуска, се-

рийность производства для определенного вида заготовки мо-

жет определяться по табл. 2.1.

26

Таблица 2.1

Выбор кодов серийности производства заготовок в зависимости от годового объема выпуска [4]

Вид	Масса,	Код серийности производства
заготовки	кг	1	2	3, 4
Штамповки,	≤ 10	500	1000	3500
поковки,	≤ 100	250	400	1000
прокат	≤ 1000	60	300	600
	≤ 10	2000	12000	30000
Отливки	≤ 100	600	4000	8000
	≤ 1000	300	1500	7000

В приведенной таблице серийность производства закодирована так: единичное – 1, серийное – 2, крупносерийное – 3, массовое – 4.

Конструктивная форма деталей (КФ). В справочной литературе классификация конструктивной формы типовых деталей представлена 11 видами (кодами) деталей, и каждый вид – пятью группами сложности. С 1-го по 4-й вид – детали цилиндрической формы с различными перепадами ступеней; 5-й – детали типа втулок и дисков, имеющие сложную наружную и внутреннюю поверхность; 6-й – детали типа валов сложной пространственной формы; 7-й – детали типа рычагов, шатунов и др.; 8-й – корпусные детали призматической формы и сочетания призматической, цилиндрической и других форм; 9-й – корпусные детали фланцевого типа; 10-й – корпусные детали коробчатой формы сложной конфигурации и 11-й – корпусные детали простой конфигурации. Код КФ детали, соответствующий ее виду,

27

выбирается на основе сравнения конкретной детали с табличным описанием типовой детали-представителя (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Выбор кодов конструктивной формы деталей [4, 5, 6]

	Основной	Конструктивная характеристика детали
Вид	признак		по группам сложности (1–5)
	детали	1-я	2-я	3-я	4-я	5-я
1	2	3	4	5	6	7
1	Цилинд-	Детали
	рическая	типава-	–
	гладкая	лов, осей,		–	–	–
	илиспе-	цапфбез
	репадом<	осевого
	10 мм, с	отвер-
	размерами	стия–
	L > 2D	гладкие
		илипе-
		ременно-
		госече-
		нияспе-
		репадом
		ступеней
		≤10 мм
2	Цилинд-	–	Детали	Телавра-	Детали	Детали
	рическая		типава-	щенияc	типа	приборов
	гладкая		ловсо	отвер-	гильз,	типа
	илисту-		сквозны-	стиямии	пинолей,	гильз,
	пенчатаяс		миотвер-	выступа-	направ-	втулок,
	перепадом		стиями,	митипа	ляющих	кон-
	ступеней≤		типавту-	блоков	втулок,	трольных
	10 мм, по-		лок,глад-	шесте-	станков,	валиков,
	лая, сраз-		кихилис	рен, пло-	полых	центров,
	мерамиL		бурти-	скиход-	шпинде-	винтовс
	> 3D		ком,	новенцо-	лей	микро-
			штуце-	выхко-		метриче-
			ров,ро-	лес, дис-		ской
			ликов	ков		резьбой
			28

Продолжение табл. 2.2

1	2	3	4	5	6	7
3	Цилинд-	–	Детали	Детали	Детали	Детали
	рическая		типасту-	типасту-	типачер-	приборов
	ступенча-		пенчатых	пенчатых	вяков	типасту-
	таяспе-		валиковс	валовс	(архиме-	пенчатых
	репадом		односто-	фланца-	довых,	валов,
	ступеней		ронним,	ми, зуб-	эволь-	червяков,
	> 10 мм, с		двухсто-	чатыми	вентных,	ходовых
	размера-		ронним	венцами,	конво-	винтов
	миL > 3D		располо-	имеющие	лютных),
			жением	осевые	детали
			ступеней,	отвер-	типа
			имею-	стия	шпин-
			щихшли-	сложной	делей
			цы,шпон-	формы,	станков,
			ки,допол-	наруж-	ходовых
			нитель-	ныесту-	винтови
			ныеот-	пенико-	валов
			верстия,	ниче-
			грани,	ской, фа-
			резьбы	сонной
				формы,
				сложные
				вспомо-
				гатель-
				ныепо-
				верхно-
				ститипа
				кулачков,
				высту-
				пов, шли-
				цев, шпо-
				нокна-
				ружныхи
				внутрен-
				нихидр.
			29

Продолжение табл. 2.2

1	2	3	4	5	6	7
4	Цилинд-	Детали	Блоки	Детали	–	–
	рическая	типакры-	шесте-	типана-
	гладкая	шек,	рен, ста-	правляю-
	илисту-	втулок,	каныс	шихвту-
	пенчатаяс	дисков,	цент-	лок, ста-
	централь-	махови-	ральны-	канов,
	нымот-	ков, шес-	ми(осе-	корпусов
	верстием,	терен,	выми)	подшип-
	сразмера-	муфт, ба-	отвер-	ников
	миL ≤	рабанов	стиями
	≤(0,5–2)D		сложной
			формы–
			гнезда
			подшип-
			ников,
			поршни
5	Детали	–	Гнезда	Дискис	–	–
	типавту-		подшип-	фланцем,
	локидис-		ников,	ступица-
	ков, име-		стаканы,	ми, пере-
	ющие		фланцы,	ходящи-
	сложную		фасон-	мивубы-
	наружную		ныекро-	вающие
	ивнутрен-		мки, зуб-	ступени.
	нююпо-		чатые	Рубашки
	верхность		колесасо	цилинд-
	вращения,		ступица-	ров, сту-
	ребра,		ми, сту-	пицыко-
	выступыи		пицыба-	лес, ко-
	др.		рабанов,	жухи
			фланцы	план-
			насосов	шайб,
				звездоч-
				ки, блоки
			30