книги / Оптимизация технологических процессов механической обработки

дифференциации ТП (стадии обработки, этапы обработки, виды работ, типовые операции) [2, 8].

Под стадией понимается максимально укрупненная группа операций, обладающих равноценными технологическими возможностями по точности и качеству обработки различных поверхностей и детали в целом. Среди стадий обработки могут быть выделены: 1 – обдирочная; 2 – черновая; 3 – чистовая; 4 – тонкая; 5 – отделочная; 6 – доводочная. Таким образом, маршрут обработки детали представляет некоторую совокупность стадий, которая выражается в виде множества

МСи {Си1, Си2 , ..., Сиn},

где Си1, Си2 , ..., Сиn – стадии обработки u-й детали.

Не останавливаясь на характеристике других трех уровней дифференциации ТП, следует отметить, что основными составляющими маршрутов обработки каждой l-й поверхности детали является ряд конкретных операций, выполняемых по технологическому процессу изготовления детали. Причем переходы – структурные составляющие конкретных операций. Поэтому можно утверждать, что маршрут обработки u-й детали является производным от маршрутов обработки ее составляющих l-х поверхностей, которые выражаются в виде множеств

МОl {Ol1, Ol 2 , ..., Olk },

где Ol1, Ol 2 , ..., Olk – типовые операции обработки l-й поверхно-

сти детали.

41

Маршрут обработки u-й детали может выражаться в виде суммы типовых операций обработки всех элементарных поверхностей

m

МОu = ∑Оjk , j=i

где m – число элементарных поверхностей детали.

Выбор максимальной стадии обработки (STMAX) l-й поверхности детали определяется требованиями к ее точности и шероховатости поверхности, на основании которых формируется типовой табличный маршрут обработки l-й поверхности [4]. Найденные таким образом типовые табличные маршруты обработки представляют сумму максимально возможного количества стадий (типовых операций) обработки, которое соответствует самому неблагоприятному состоянию l-й поверхности исходной заготовки с точки зрения наибольшей величины припуска. Минимальная стадия обработки (STMIN) l-й поверхности определяется точностью и шероховатостью поверхности исходной заготовки.

В соответствии с изложенным для решения оптимизационных задач выбора маршрута обработки l-й поверхности детали необходимо иметь типовые табличные маршруты.

Для элементарных поверхностей стадия обработки обычно совпадает с операцией или переходом. Причем одни и те же характеристики точности и качества поверхности детали обеспечиваются различными операциями в пределах одной стадии. Обобщение априорной информации и производственного опыта

42

по технологическим возможностям различных операций позволило получить типовой набор операций, соответствующих каждой стадии обработки различных элементарных поверхностей [2], представленных в табл. 2.4, 2.5, 2.6.

Необходимая точность и шероховатость обрабатываемой поверхности детали достигается с помощью различных типовых технологических маршрутов. Для описания типовых маршрутов наиболее удобно использовать теорию графов. В этом случае технологический маршрут обработки элементарной поверхности представляется в виде графа, в котором вершинам соответствуют характеристики точности и шероховатости на определенной стадии обработки, а ребром – коды операций согласно табл. 2.4–2.6. На основе общих правил проектирования маршру-

Таблица 2.4

Массив операций обработки наружных поверхностей вращения

Стадия		Код	Точ-	Параметр
обра-	Наименование	опе-	ность,	шероховато-
ботки	операции	рации	квали-	сти, мкм
			тет	Rz	Ra
1	Черновая токарная	1	14	160	–
2	Получистовая токарная	2	12	60	–
3	Чистовая токарная	3	10	–	2,5
	Черновая шлифовальная	4	10	–	2,5
4	Тонкая токарная	5	7	–	0,8
	Однократное шлифование	6	7	–	1,25
5	Чистовая шлифовальная	7	7	–	0,63
	Тонкая шлифовальная	8	6	–	0,25
6	Полировальная	9	6	–	0,04
	Накатная	10	5	–	0,16
	Суперфинишная	11	5	–	0,08
	43

					Таблица 2.5
	Массив операций обработки внутренних
	поверхностей вращения
Стадия	Наименование		Код	Точ-	Параметр
обра-	операции		опе-	ность,	шероховато-
ботки		рации		квали-	сти, мкм
				тет	Rz	Ra
1	Черновое растачивание	1		14	80	–
	Рассверливание	2		12	63	–
	Черновое зенкерование	3		12	30	–
2	Получистовое растачивание	4		12	20	–
	Чистовое зенкерование	5		11	–	3,2
3	Чистовое растачивание	6		10	–	2,0
	Черновое шлифование	7		10	–	3,2
	Черновое развертывание	8		10	–	2,5
4	Тонкое растачивание	9		8	–	0,8
	Чистовое протягивание	10		8	–	0,63
	Чистовое шлифование	11		8	–	0,63
	Тонкое развертывание	12		8	–	0,63
5	Хонингование	13		6	–	0,08
	Тонкое шлифование	14		6	–	0,16
	Притирка	15		6	–	0,08
	Калибрование шариком	16		7	–	0,16
	Тонкое развертывание	17		6	–	0,32
					Таблица 2.6
Массив операций обработки плоских поверхностей
Стадия			Код	Точ-	Параметр
обра-	Наименование		опе-	ность,	шероховато-
ботки	операции		ра-	квали-	сти, мкм
			ции	тет	Rz	Ra
1	Черновое фрезерование		1	12	80	–
	Черновое строгание		2	12	80	–
2	Чистовое фрезерование		3	10	–	2,5
	Чистовое строгание		4	10	–	2,5
	Предварительное шлифование		5	9	–	1,6
	44

Окончание табл. 2.6

Стадия		Код	Точ-	Параметр
обра-	Наименование	опе-	ность,	шероховато-
ботки	операции	ра-	квали-	сти, мкм
		ции	тет	Rz	Ra
3	Предварительное протягивание	6	8	–	1,6
	Тонкое фрезерование	7	7	–	0,8
	Тонкое строгание	8	7	–	0,8
4	Отделочное протягивание	9	6	–	0,32
	Чистовое шлифование	10	7	–	0,63
	Тонкое фрезерование	11	6	–	0,32
	Тонкое строгание	12	6	–	0,32
5	Притирка	13	5	–	0,08
	Полирование	14	5	–	0,08
	Тонкое шлифование	15	5	–	0,08
	Вибронакатывание	16	5	–	0,16
	Виброполирование	17	5	–	0,05

тов обработки различных элементарных поверхностей могут быть построены графы технологических маршрутов обработки наружных, внутренних поверхностей вращения и плоских по-

верхностей (рис. 2.2–2.4) [2].

Анализ приведенных графов позволяет синтезировать для наружных поверхностей вращения 8 маршрутов, для внутренних поверхностей вращения – 28 маршрутов и для плоских поверхностей – 60 маршрутов. При этом возникает задача выбора оптимального варианта маршрута обработки какой-либо элементарной поверхности в зависимости от принятого критерия оптимальности. Выберем в качестве критерия оптимальности величину минимального общего расчетного припуска Zобщ.l для

45

Стадии обра ботки

Рис. 2.2. Граф возможных технологических маршрутов обработки наружных поверхностей вращения

Стадии обра ботки

Рис. 2.3. Граф возможных технологических маршрутов обработки внутренних поверхностей вращения

46

Стадии обра- ботки

Рис. 2.4. Граф возможных технологических маршрутов обработки плоских поверхностей

всех выбранных стадий обработки l-й поверхности. С учетом этого критерий оптимальности будет представлен в виде

Zобщ.l = min ∑m Zl,k ,

k =1

где Zl,k – значения расчетного припуска l-й поверхности на k-й стадии обработки; m – число стадий (типовых операций) обработки l-й поверхности по маршруту обработки.

Выполнив расчет общего припуска Zобщ.l по каждому из синтезированных маршрутов обработки l-й поверхности, в качестве оптимального маршрута принимают тот, у которого минимальное значение Zобщ.l.

47

2.4. Алгоритмвыбораоптимальноготехнологическогомаршрута обработки элементарных поверхностей детали

Исходными данными для решения рассматриваемой задачи являются сведения об элементарных поверхностях детали (габаритные размеры, точность и шероховатость поверхностей) и исходной заготовке для детали (метод получения заготовки, точность и шероховатость поверхностей).

Общий алгоритм выбора оптимального технологического маршрута с расчетом припусков и операционных размеров в диалоговом режиме представлен в виде блок-схемы (рис. 2.5).

В зависимости от заданной точности и шероховатости поверхности детали определяется конечная стадия STMAX (оператор 2), а в зависимости от вида исходной заготовки, ее точности и шероховатости поверхностей – начальная стадия STMIN (оператор 3) процесса обработки. После этого на основе графов технологических маршрутов обработки с усеченными вершинами формируется множество М возможных маршрутов (оператор 4). Далее проводится последовательный расчет и анализ операционных припусков и размеров, а также общих припусков по каждому из выбранных маршрутов (оператор 7). На основании результатов расчетов различных маршрутов обработки в качестве оптимального принимается маршрут с минимальными значениями Zобщ.min, Zобщ.max.

48

				Н А Ч А Л О
	1			Ввод исход-
				ных данных
	2			Определение
		конечной стадии об-
			работки STMAX
				Определение
	3	начальной стадии
		обработки STMIN

Формированиевариан-

4товмаршрутовобработки(М1, М2, …, МN)

5I = 1

Расчет операционных припусков и разме-

6ров МI маршрута

Zобщ. min, Zобщ. max

Анализрезуль-

7татоврасчета МI маршрута

8I = I + 1

Да

I ≤ N

9

10 Нет

	Выбор оптимального
10	маршрута обработки
	Z общ .l = min			m
				∑ Z l , k
			k =1

Печать

11 КOi, Zmin.i, Zmax.i, δi, Dmin.i, Dmax.i

12 К О Н Е Ц

Рис. 2.5. Алгоритм выбора оптимального технологического маршрута обработки элементарной поверхности

49

2.5. Выбор припусков и операционных размеров по типовым маршрутам обработки

Определение припусков и допусков на промежуточные операционные размеры в маршруте обработки, обеспечивающих возможность получения требуемых точности и качества поверхности деталей, имеет важное технико-экономическое значение. Завышенные припуски на обработку ведут к перерасходу материала, увеличению трудоемкости, повышают затраты энергоресурсов. Заниженные припуски ухудшают качество обработки, так как не позволяют полностью удалить дефектный слой, затрудняют достижение требуемой точности и шероховатости поверхности.

В связи с этим необходимо технически обоснованное назначение операционных и общего припусков на обрабатываемые поверхности.

Под общим минимальным припуском Zобщ.min понимается слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности технологических операций по маршруту обработки элементарной поверхности – от исходной заготовки до готовой детали.

u

Zобщ. min = ∑Zmin i , i=1

где Z min i – минимальный припуск на обработку рассматривае-

мой поверхности на i-й операции; u – число технологических операций по маршруту обработки.

50