ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
"ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"
Володченко Валерій Вікторович
УДК 621.9.014:658.310.35
Підвищення продуктивності
токарних верстатів з чпК на основі синтезу
групових інструментальних налагоджень
Спеціальність 05.02.08 – технологія машинобудування
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній академії Міністерства освіти і науки України, м. Краматорськ.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Зіновьєв Микола Іванович,
Донбаська державна машинобудівна академія
Міністерства освіти і науки України, м. Краматорськ,
завідувач кафедри "Металорізальні верстати і інструменти".
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Арпентьєв Борис Михайлович,
Українська інженерно-педагогічна академія Міністерства освіти і науки України, м. Харків, завідувач кафедри "Технологія машинобудування";
кандидат технічних наук, доцент
Калафатова Людмила Павлівна,
Донецький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Донецьк, доцент кафедри "Металорізальні верстати і інструменти".
Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут технології
машинобудування Міністерства промислової політики України, м. Харків.
Захист відбудеться 18 жовтня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.050.12 у Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут" за адресою: 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21
З дисертацією можна ознайомиться у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”
Автореферат розісланий 15 вересня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Узунян М.Д.
загальна ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У сучасних економічних умовах машинобудівні та верстатобудівні підприємства з багатономенклатурним одиничним та дрібносерійним виробництвом мають великий парк верстатів з ЧПК. Наявність спеціалізованого устаткування в такій кількості пояснюється широким впровадженням у 70-80 роках гнучких автоматизованих виробництв (ГАВ) у машинобудуванні, основу яких складають верстати з ЧПК. Наявний парк верстатів з ЧПК промислових підприємств володіє великими виробничими потужностями та потенційними можливостями щодо їх модернізації. Особливо, це характерно для токарної групи верстатів, що складає більш 60% від усього технологічного устаткування з ЧПК.
Ефективність використання верстатів з ЧПК є серйозною науково-технічною та організаційною проблемою. Зокрема, невирішеними залишаються питання збільшення завантаження та продуктивності дорогого устаткування на підприємствах з одиничним та дрібносерійним виробництвом. Це пояснюється економічною недоцільністю обробки на верстатах із ЧПК невеликих партій та одиничних, конструктивно нескладних деталей загального призначення, що складають близько 40% від загальної номенклатури через складність та тривалість технологічної підготовки виробництва (ТПВ) та втратами часу на часте переналагодження верстата. Цю проблему можна вирішити, застосувавши комплексні міри до значного зниження часових та трудових витрат на ТПВ, а також до збільшення коефіцієнта завантаження устаткування на основі автоматизації етапів ТПВ та збільшення розмірів партій деталей, оброблюваних без переналагодження верстата.
На сьогоднішній день існують у теорії та реалізовані на практиці багато методик та діючих автоматизованих систем ТПВ (АС ТПВ), заснованих на принципах групової технології. Вони дозволяють деякою мірою вирішувати проблеми автоматизації та оптимізації всіх етапів ТПВ для верстатів з ЧПК. Однак застосування існуючих методик доцільно у виробництві зі стабільною номенклатурою виробів, що було характерно для планового господарства. Прогнозування обсягу та кількості типових конструкцій деталей було реальною задачею. У цьому зв'язку, при груповій обробці деталей на верстатах з ЧПК функцією цілі було групове інструментальне налагодження, проектоване для типових груп деталей. На сучасному етапі розвиток економіки, в умовах твердої конкуренції успіх підприємств визначається швидкою орієнтацією його на ринок попиту продукції, терміном та собівартістю її виготовлення, що визначає часту зміну номенклатури продукції, що випускається. У цих умовах ефективність використання типових налагоджень різко знижується. Отже, у даній ситуації актуальним є розробка методики організації комплексної АСТПВ, де функцією цілі є не групове інструментальне налагодження, а група деталей сформована з урахуванням портфеля замовлень підприємства, що визначає структуру налагодження верстата.
Зв'язок робота з науковими програмами, планами темами.
Дисертація виконана відповідно до тематичних планів науково-дослідних робіт Донбаської державної машинобудівної академії (м. Краматорськ): кафедр: "Металорізальні верстати й інструменти" тема Д 04-98 "Стратегія експлуатації металорізальних верстатів і інструментів на основі конструкторських і технологічних методів", № держреєстрації 0198.U009089 УДК 621.9; та "Технологія і керування виробництвом" тема Д 02-98 "Удосконалювання механоскладального виробництва в умовах корпоративної місії" № держреєстрації 0198.U009087, УДК 621.757:65.011.5, затверджені Міністерством освіти і науки України.
Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи – підвищення продуктивності токарських верстатів з ЧПК в умовах багатономенклатурного одиничного і дрібносерійного машинобудівного виробництва засобами оптимізації й автоматизації при синтезі групових інструментальних налагоджень та формуванні груп деталей на етапі підготовки виробництва.
Для реалізації сформульованої мети необхідно вирішити наступні задачі:
§
дослідити й обґрунтувати склад конструктивно-технологічних параметрів деталей - тіл обертання і технологічної системи (верстат – пристосування - різальний інструмент) для створення параметричних моделей їхнього опису;
§
визначити і формалізувати взаємозв'язок технологічних можливостей верстатів, параметрів різальних інструментів з параметрами деталей;
§
розробити методику призначення групового технологічного оснащення токарської обробки на основі рангів відповідності параметрів деталей і технологічної системи (верстат – пристосування - різальний інструмент);
§
розробити методику й алгоритм синтезу оптимальних структур групових інструментальних налагоджень та груп деталей;
§
розробити інформаційне, математичне та програмне забезпечення для автоматизованої системи;
§
розробити методику організації, використання й адаптації до реальних умов виробництва комплексної автоматизованої системи синтезу групових інструментальних налагоджень обробки деталей на верстатах з ЧПК.
Об'єкт дослідження – груповий технологічний процес токарної обробки верстатах з ЧПУ в багатономенклатурному одиничному та дрібносерійному машинобудівному виробництві.
Предмет дослідження – групові інструментальні налагодження на токарних верстатах з ЧПК.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на наукових положеннях технології машинобудування, включаючи організацію групового виробництва, теоретичні основи створення і використання автоматизованих систем технологічної підготовки виробництва і САПР технологічних процесів. Використовувались методи математичної статистики, математичного моделювання та оптимізації, таблиць рішення, теорія множин.
Експериментальні дослідження проводилися в реальних виробничих умовах на одиничній і дрібносерійній номенклатурі деталей загального призначення оброблюваних на сучасних токарських верстатах з ЧПК. Для одержання результатів застосовувався розроблений на основі запропонованої методики автоматизованого синтезу групових інструментальних налагоджень програмно-технологічний комплекс, виконаний на СКБД Microsoft Visual FoxPro 5.0.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що:
1.
Визначені і формалізовані параметричні моделі деталей - тіл обертання, верстатів з ЧПК токарної групи і різального інструмента.
2.
Дістало подальший розвиток обґрунтування та формалізація складу і взаємозв'язку параметрів деталей-тіл обертання з конструктивно-технологічними параметрами елементів технологічної системи (верстат-пристосування-інструмент), що визначають автоматизований синтез групових інструментальних налагоджень та груп деталей для обробки на токарних верстатів з ЧПК.
3.
Розроблено граматику технологічної метамови, що дозволяє описувати конструктивні параметри деталей-тіл обертання.
4.
Запропоновано методику призначення технологічного оснащення обробки деталей-тіл обертання на основі рангів відповідностей значень параметрів деталей і параметрів елементів технологічної системи.
5.
Розроблені алгоритм і методика автоматизованого групування деталей з комплексом ознак і проектування оптимальної структури групового інструментального налагодження верстата з ЧПК на основі синтезу значень конструктивних параметрів різальних інструментів відповідних значенням конструктивно-технологічних параметрів деталей, які групуються.
Практичне значення одержаних результатів
Методика, і реалізована на її основі система автоматизованого проектування групових інструментальних налагоджень (САПР ГН) застосовна для автоматизації й уніфікації технологічних рішень на етапах підбора номенклатури і призначення технологічного оснащення при підготовці обробки деталей на токарних верстатах з ЧПК середньої і легкої серії в умовах багатономенклатурного дрібносерійного й одиничного виробництв. Розроблена методика групування деталей на основі структурного і параметричного синтезу інструментальних налагоджень для токарських верстатів з ЧПК дозволяє: підвищити відсоток згрупованих деталей та завантаження токарських верстатів з ЧПК, зменшити тривалість операційних циклів обробки багатономенклатурних партій деталей за рахунок скорочення допоміжного часу на переналагодження верстата і в цілому підвищити продуктивність токарної обробки. Застосування комплексу засобів автоматизації при технологічній підготовці виробництва дозволило провести роботи з систематизації і коректування даних про технологічні можливості токарських верстатів із ЧПК, пристосувань і різального інструмента, у виробничих підрозділах підприємства і скоротити час проектування групових інструментальних налагоджень для обробки деталей. Результати роботи апробовані на одиничній і дрібносерійній номенклатурі деталей прокатного, шахтно-піднімального і ковальсько-пресового устаткування АТ НКМЗ (м. Краматорськ).
Особистий внесок дослідника. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Формалізовані параметричні моделі деталей - тіл обертання, верстатів з ЧПК токарної групи і різального інструмента. Обґрунтований й формалізований склад та взаємозв'язок параметрів деталей-тіл обертання з конструктивно-технологічними параметрами елементів технологічної системи (верстат-пристосування-інструмент). Розроблено граматику технологічного метамови. Запропоновано методику призначення технологічного оснащення обробки деталей-тіл обертання. Розроблені алгоритм і методика автоматизованого групування деталей.
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи були повідомлені та обговорені на конференціях:
"Автоматизація проектування та виробництва виробів у машинобудуванні" (Луганськ, 1996 р.), міжвузівська науково-технічна конференція молодих вчених та фахівців;
"Проблеми техніки, технології та економіки машинобудівного виробництва" (Краматорськ, 1996 р.), Міжнародна науково-технічна конференція;
"Прогресивні технології машинобудування та сучасність", (Севастополь, 1997 р.), Міжнародна науково-технічна конференція;
"Надійність різального інструмента, та оптимізація технологічних систем", (Краматорськ, 1999 р.), Міжнародна науково-технічна конференція.
Науково-технічна конференція за підсумками наукової діяльності ДДМА в період 2000-2001 р. (Краматорськ 2001 р.)
"Надійність різального інструмента, та оптимізація технологічних систем" (Краматорськ, 2001 р.), Міжнародна науково-технічна конференція.
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 8 основних працях, в тому числі, 4 у фахових виданнях ВАК України.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, додатків. Повний обсяг дисертації 180 стор., в тому числі 13 ілюстрацій (5 по тексту; 8 окремо на 10 стор.), 31 таблиця (28 по тексту; 3 окремо на 6 стор.), 5 додатків (20 стор.), 125 найменувань використаних літературних джерел (10 стор.).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність та наукову новизну виконаного дослідження. Наведені мета роботи і задачі дослідження; визначена наукова новизна роботи і отримані практичні результати; показано зв'язок теми дисертаційної роботи з науковими темами, інформація про апробацію роботи; основні публікації.
У першому розділі даний аналіз наукових праць із проблем підвищення ефективності використання верстатів з ЧПК у сучасному машинобудівному виробництві. Були проаналізовані праці таких авторів як С.П. Митрофанова, Г.Н. Молчанова, Ю.М. Іванова, Ю.С. Шаріна, А.П. Гавріша, Е. Сікоры, М.А. Пряліна, Б.М.Базрова, Р.И. Гжирова, П.П. Серебеницького, та інших. Установлено види забезпечень продуктивної роботи даного устаткування, чітко визначені критерії економічної ефективності використання верстатів з ЧПК у виробництві, а також основні напрямку підвищення ефективності обробки на верстатах із ЧПК.
На великих машинобудівних підприємствах з більшою частиною дрібносерійного та одиничного виробництв, які мають достатній парк токарних верстатів з ЧПК, був проведений аналіз номенклатури деталей тіл обертання та виявлено, що частка деталей загального призначення складає за різними найменуваннями від 40 до 60%, а завантаження верстатів складає не більш 45%.
Проведений аналіз теоретичних положень, а також аналіз показників діючих виробництв дозволяє зробити наступні висновки:
§
верстати з ЧПК токарської групи мають широкі технологічні можливості, повне використання цих можливостей дозволить збільшити обсяг оброблюваних деталей приблизно на 20-30%;
§
стримуючим чинником ефективного використання верстатів з ЧПК є складність підбора номенклатури деталей в умовах дрібносерійного виробництва та висока трудомісткість технологічної підготовки виробництва;
§
в умовах дрібносерійного виробництва одним з основних напрямків підвищення серійності деталей є групова обробка деталей;
§
для впровадження групової технології необхідно комплексне рішення задач, зв'язаних з оптимізацією та автоматизацією підбора номенклатури деталей та проектування інструментальних налагоджень на верстати.
Незважаючи на значну кількість робот, спрямованих на забезпечення ефективної та продуктивної експлуатації токарних верстатів з ЧПК, проблема підвищення продуктивності цього устаткування за рахунок внутрішніх резервів залишається остаточно не вирішеною і є актуальною. Виходячи з цього в роботі сформульовано наукове положення про підвищення продуктивності токарних верстатів з ЧПК в умовах одиничного і дрібносерійного виробництв, обґрунтовані мета та задачі досліджень.
У другому розділі досліджено склад та взаємозв'язок конструктивно технологічних параметрів деталей та параметрів технологічної системи (верстат-прилад-різальний інструмент). Деталі та елементи технологічної системи подаються у виді їхніх параметричних моделей, що характеризують склад параметрів. Модель деталі-тіла обертання:
, (1)
де НД - найменування деталі (шифр, номер креслення); ПП - планований календарний період (періоди) токарської обробки заготівлі деталі; k - кількість заготівель деталей, оброблюваних в окремий період. LD - габаритні розміри заготівлі; МЗ - матеріал заготівлі; ВЗ – вид заготівлі деталі. КС - конструктивний склад деталі.
Конструктивний склад деталі є комплексним параметром та містить склад та опис елементарних поверхонь (ЕП), що складають геометричну структуру деталі:
, (2)
де ОП – множина основних поверхонь деталей; ДП – множина додаткових поверхонь (канавки, різьблення та т.д.); ВР – множина видів сполучення послідовно розташованих основних поверхонь; ЦО – наявність центрального отвору. Виділяється чотири групи деталей оброблюваних у патроні, з розмірами центрального отвору:
1. До 20 мм. 2. Від 20 до 50 мм. 3. Понад 50 мм. 4. Група - деталі без центрального отвору, оброблювані у центрах.
За результатами дослідження типових представників деталей – тіл обертання складено ілюстрований визначник (ІВ) основних та додаткових типів елементарних поверхонь.
Елементарні поверхні з множиною відповідних типів є комплексними параметрами, та в загальному виді містять у собі наступну структуру:
, (3)
де ТЕП – тип (цифровий код) елементарної поверхні, що відноситься за ілюстрованим визначником до основної чи додаткової; РХ – розмірна характеристика ЕП. Цей параметр містить перелік елементів, що складають та визначають тип ЕП, значення розмірів, шорсткість та квалітет точності.
Параметрична модель токарного верстата складена на підставі аналізу його параметрів, що впливають на умови напрямку деталі на обробку на дане устаткування:
, (4)
М – найменування, модель устаткування; КТ – клас точності верстата; РЗ – розміри робочої зони верстата; П – комплект пристосувань установлений на верстаті; D – максимальний діаметр заготівлі (ступіні заготівлі); ІМ – тип інструментального магазина встановлений на верстаті; R – число місць для установки інструмента (місткість інструментального магазина). МК – розміри настановних елементів для кріплення інструмента; ДХ – динамічні характеристики верстата.
Параметрична модель різального інструмента, складена на підставі аналізу параметрів які впливають на умови його вибору для обробки деталей-тіл обертання:
, (5)
де Три – типи (найменування) різального інструмента, наприклад, для різців: прохідний, прохідний упорний лівий, розточувальний, канавковий та т.д. ФН – функціональне призначення РІ; ТР – типорозмір РІ; МР – матеріал частини, що ріже, РІ. Визначає можливість використання даного РІ для обробки деталі з відповідного матеріалу а також одержання елементарних поверхонь деталі заданої шорсткості; ГП – геометричні параметри частини, що ріже, РИ: – головний передній кут; – головний кут у плані; значення цих кутів визначають можливість обробки даним РІ деталей з відповідного матеріалу. 1 – допоміжний кут у плані; rв – радіус вершини різця, значення цих параметрів визначають можливість одержання даним РІ елементарних поверхонь деталі заданої шорсткості.
Взаємозв'язок конструктивно-технологічних параметрів деталей та параметрів елементів технологічної системи встановлені на основі математичної логіки предикатів першого порядку. Загальна залежність технологічних можливостей верстата від конструктивних параметрів деталей, записується формулою:
, (6)
де – квантор спільності (узагальнення операцій кон’юнкції);
– розглянута для групування сукупність (множина) деталей; О – множина токарських верстатів з ЧПК виробничого підрозділу, де планується вести обробку деталей; - множина параметрів деталей; - множина параметрів елементарних поверхонь; МТ - множина технологічних можливостей (параметрів) верстатів із ЧПК; x,y – предметні перемінні, тобто місця, на які підставляються елементи множин , m – предикатні перемінні, тобто місця, на які підставляються елементи множин , та МТ чи їхніх підмножин; – знак імплікації.
Дане логічне висловлювання, що складається з елементарних висловлень типу m(x), що характеризують існування значень окремих конструктивно-технологічних параметрів деталей, зв'язаних між собою операцією кон’юнкції (логічним добутком), істинно тоді та тільки тоді, коли правдиві всі елементи висловлення (6). Таким чином, при виборі устаткування застосовного для обробки відповідних деталей значення їхніх параметрів – габаритних розмірів, виду та матеріалу заготівлі, а також значень параметрів складових їхніх елементарних поверхонь повинні розглядатися спільно. Загальна залежність параметрів різального інструмента, від конструктивно-технологічних параметрів, що складають деталь, можна записати залежністю виду:
, (7)
Дане логічне висловлення, аналогічне висловленню (6), затверджує, що при виборі різального інструмента, застосовного для токарської обробки відповідних деталей, значення їхніх параметрів, а також значень параметрів складових їхніх елементарних поверхонь також повинні розглядатися спільно.
Визначено послідовність етапів (алгоритм) визначення відповідностей параметрів деталей з параметрами технологічної системи та встановлені ознаки, за якими будуть класифікуватися деталі.
У третьому розділі дисертації розглянуті питання, пов'язані з розробкою методу автоматизованого групування деталей-тіл обертання по спільності оптимальної структури інструментальних налагоджень.
Найважливішою частиною систем автоматизованого проектування є інформаційно-пошукова система (ІПС). Складовою частиною ІПС є система баз даних, що містить структуру та значення параметрів деталей та елементів технологічної системи. Для формалізації доступу й пошуку параметрів та їхніх відповідностей розроблена система класифікації та кодування параметрів, яка заснована на принципі автономності. На підставі параметричних моделей деталі-тіла обертання, які характеризують, устаткування та різальний інструмент для них визначені структури класифікаторів параметрів для кодування та структури кодів.
Структура класифікаційного коду деталі буде наступною:
Код n - ой ЕП
Код 2 - ой ЕП
Код 1 - ой ЕП, що утворить деталь
Матеріал заготівлі
Габаритні розміри заготівлі
Вид заготівлі
Дi – кодуєма деталь з множини Д , що підлягає токарській обробці.
Код деталі має наступну структуру. Перші три позиції коду, що складають 6 знаків, описують параметри деталі. Далі йде список кодів елементарних поверхонь, що утворять деталь. Розмір списку залежить від конструктивної складності деталі.
Структура кодів елементарних поверхонь буде мати вид:
точність лінійного розміру
шорсткість лінійного розміру
лінійний розмір
точність діаметрального розміру
шорсткість діаметрального розміру
діаметральний розмір
тип елементарної поверхні
Складені класифікатори значень параметрів деталей та елементів технологічної системи та визначена структура їхніх кодів. Групування деталей виробляється на основі спільності структури інструментального налагодження верстата. Тобто на основі спільності відповідностей параметрів деталей та параметрів різального інструмента, складової структури налагодження. Для розробки методу групування деталей необхідно розробити механізм встановлення й фіксування відповідностей параметрів та значень параметрів деталей та різального інструмента.
Такий механізм пропонується створити на основі використання табличних методів вибору рішень. Однак, при організації таблиць відповідностей параметрів та значень параметрів необхідно враховувати те, що окремі основні та додаткові елементарні поверхні деталей можна одержати декількома найменуваннями різального інструмента, що можуть розрізнятися за наступними параметрами: типу РІ; типорозміру РІ; матеріалу різальної частини РІ; геометричним параметрам частини, що ріже.
Конкретному значенню діапазону значень конструктивно-технологічного параметра деталі відповідають одне чи більш значень конструктивних параметрів різального інструмента:
, (8)
де - j-оі значення i-ого параметра деталі; - l-ое значення k-го параметра різального інструмента; n - кількість значень k-го параметра різального інструмента, відповідних j-ому значенню i-ого параметра деталі.
На цій підставі можна застосувати в таблицях відповідностей - ранг відповідності значень параметрів. Значенням конструктивного параметра різального інструмента, у множині їхніх значень відповідних параметру деталі необхідно присвоїти індекс переваги відповідності:
(9)
Тобто, перше значення k-го параметра (індекс 1) різального інструмента, найбільше переважає при його виборі для відповідного параметра деталі та чим вище індекс, тим менш краща відповідність параметрів. Значення індексу і є ранг відповідності значень параметрів деталей та значень параметрів різального інструмента:
, (10)
де - ранг відповідності j-ого значення i-ого параметра деталі l-ому значенню k-го параметра різального інструмента;
l - індекс значення k-го параметра різального інструмента, з множини .
Ранг відповідності значень параметрів деталей та параметрів різального інструмента, визначають виходячи з показників процесу формоутворення поверхонь деталі інструментом з визначеними значеннями конструктивних параметрів. Найкращими є такі значення конструктивних параметрів різального інструмента, що при обробці елементарних поверхонь деталей забезпечують: найменший основний час обробки поверхні t0 min (оптимальні режими різання s, t) при дотриманні заданих значень шорсткості та точності; максимальне значення періоду стійкості різального інструмента; найбільшу міцність та твердість різального інструмента, у процесі різання. Тобто, кращими є ті значення конструктивних параметрів різального інструмента, що забезпечують більш високу продуктивність процесу різання при дотриманні заданих значень точності та шорсткості поверхонь деталі. Ранги відповідностей значень параметрів визначаються експериментальним чи розрахунковим шляхом на підставі нормативних даних теорії різання. Використання рангів відповідностей є основою для оптимізації структури групових інструментальних налагоджень по продуктивності обробки деталей групи, а також істотно розширює можливість використання невеликого числа найменувань різального інструмента, для обробки значної кількості деталей з різними значеннями їхніх конструктивно-технологічних параметрів.
У таблиці 1 представлена структура таблиці відповідностей двох параметрів.
Таблиця 1
Відповідність значень двох параметрів |
Значення параметра 1
01 | 02 | 03 | n1
Значення параметра 2 | 01 | R11 | R12 | R13 | R1n
02 | R21 | R22 | R23 | R2n
m1 | Rm1 | Rm2 | Rm3 | Rmn
Зазначені в таблиці ідентифікатори визначають:
Rij - ранг відповідності коду параметра деталі коду параметра різального інструмента; якщо Rij = 0, то відповідність значень параметрів не існує; якщо Rij > 0, то відповідність значень параметрів існує; і = 1...n, j = 1...m; n, m - кількість класифікованих значень відповідно 1-го та 2-го параметрів.
У таблиці значення параметрів представлені кодами, що повинні відповідати прийнятій системі класифікації параметрів.
У результаті визначення та фіксування відповідностей параметрів РІ для i-ої деталі формується набір РІ для її повної токарської обробки, який можна описати наступним вираженням:
, (11)
де РИ(Rj)j - визначений j-ий тип РІ, що входить у набір; Rj - значення рангу відповідності можливості застосування даного типу РІ для обробки однієї з ЕП деталі; якщо R = 1 це значить що даний тип РІ є обов'язковим у складі набору РІ, якщо R > 1 те даний тип РІ є альтернативним у складі набору; m - загальна кількість обов'язкових та альтернативних РІ в наборі.
Крім того, кожний з типів РІ має набір, що характеризує значення його конструктивних параметрів:
, (12)
де - множина можливих значень типорозмірів даного типу РІ;
- множина можливих значень матеріалів частини, що ріже, даного типу РІ;
- множини можливих значень геометричних параметрів ріжучої частини даного типу РІ.
Множина можливих значень типорозмірів даного типу РІ відповідає:
, (13)
де nТР - кількість варіантів альтернативних значень типорозмірів даного типу РІ; Rl - значення рангу відповідностей можливості застосування l-ногу типорозміру РІ при обробці ЕП деталі; якщо R = 1 це значить що даний типорозмір РІ є обов'язковим, якщо R > 1 те типорозмір РІ є альтернативним. Аналогічно формулі 13 виражаються множини параметрів РІ ,.
Склад типів РІ деталі та набір значень їхніх конструктивних параметрів зазначених є вихідним набором ознак для її групування за загальною структурою інструментального налагодження.
Процес сортування та групування деталей складається з наступних стадій:
§
формування партій запуску;
групування деталей за спільностю застосовуваного для їхньої обробки устаткування;
§
формування груп деталей за спільністю інструментальних налагоджень.
У результаті групування, формуються групи деталей об'їдені загальною структурою інструментального налагодження. Наявність у складі ознак групування деталей альтернативних значень параметрів розширює області перетинання їхніх множин, що веде до збільшення розмірів робочих груп деталей та підвищує ефективність даного методу групування. Розмір групи деталей може бути досить великим, чи складаючи групу деталі можуть мати значну кількість елементарних поверхонь оброблюваних окремими найменуваннями різального інструмента. Це може привести до ситуації, коли періоду стійкості різальних інструментів за окремими позиціями групового налагодження буде недостатньо для обробки всіх деталей групи. Цю проблему пропонується вирішити введенням у налагодження по окремих позиціях інструментів-дублерів. Для кількісної оцінки складу інструментального налагодження враховують нормативну стійкість інструмента та основний час обробки елементарних поверхонь деталей групи кожним різальним інструментом налагодження. Розрахунок кількості РІ по позиціях для всього групового інструментального налагодження:
(14)
де i – лічильник кількості ЕП деталей групи; j– лічильник кількості деталей групи; k – номер РІ в налагодженні; l– кількість позицій РІ в налагодженні; місткість інструментального магазина верстата на який спроектована дане налагодження; m – кількість ЕП у деталей групи оброблюваних k – им РІ; n – кількість деталей у групі, що мають ЕП, оброблювані k – им РІ; toijk – основний час обробки k – им РІ i – ої ЕП j – ої деталі; Tok – нормативний період стійкості k – ого РІ, один з параметрів РІ; Kl – кількість необхідного для групи деталей k – ого РІ в l – ой позиції налагодження.
Величини m, n визначаються на етапі формування якісного складу групового налагодження; Для окремих елементарних поверхонь розрахунок основного часу обробки t виконується з застосуванням емпіричних формул для токарських робіт
Підставляючи вихідні значення в систему лінійних рівнянь і, вирішивши її програмними засобами, визначається кількісний склад групового інструментального налагодження.
У четвертому розділі дисертації викладені принципи та алгоритми організації системи автоматизованого проектування групових інструментальних налагоджень (САПР ГН). Визначено структуру та склад елементів САПР ГН (рис 1.).
Рис.1 Функціональна структура системи автоматизованого проектування
групових налагоджень
На підставі виділених конструктивних параметрів деталей - тіл обертання були складені правила граматики (синтаксис) вхідної метамови опису деталей. Правила граматики, складені у формі Бекуса. Розроблена метамова дозволяє описати конструктивно-технологічні параметри деталі-тіла обертання автономно, та забезпечує зручність та простоту коректування значень параметрів.
Пошук та фіксування відповідностей між параметрами деталей та параметрами технологічної системи здійснюється на підставі відповідності пошукового образа (ПО) за пошуковим приписанням (ПП). ПО можна представити як сукупність значень ознак відповідностей між значеннями параметрів, що містяться в рядку (стовпці) таблиці, та ідентифікаторів стовпців (рядків) таблиці:
, (15)
де Pj – ознака відповідності між кодом значення параметра деталі та кодом значення (значеннями) параметра елемента технологічної системи; Pj може мати значення 0, 1, 2, …; якщо Pj = 0 коди значень параметрів не відповідають один одному, якщо Pj > 0 відповідають; Кj – ідентифікатор стовпця (рядка), що відповідає визначеному коду значення параметра елемента технологічної системи; j – номер стовпця; m – кількість стовпців (рядків) таблиці відповідностей.
1.
Пошуковим розпорядженням, у даному випадку, буде перебування та фіксування ідентифікаторів j-их стовпців (рядків) для який ознака відповідності Pj >0. Критерій видачі, у такий спосіб можна описати вираженням:
, (16)
де - ознака пошукового розпорядження.
Пошукове розпорядження на пошук за критерієм видачі пошукового образа є формою інформаційно-пошукової мови (ІПМ) в структурі інформаційно-пошукової системи САПР ГН. Пошук та фіксування відповідностей між параметрами деталей та параметрами елементів технологічної системи визначає призначення деталі відповідного устаткування, комплекту пристосувань, різального інструмента для обробки.
Вихідними документами САПР ГН є відомості складу груп деталей для токарської обробки з указівкою складу групових інструментальних налагоджень та відомість різальних інструментів, застосованих у групових налагодженнях із указівкою їхніх конструктивних параметрів.
У п'ятому розділі дисертації розглянуті основні положення методики використання САПР ГН у виробничих умовах. Для цього необхідно виконати ряд попередніх заходів: 1.Установити систему в технологічний відділ із забезпеченням необхідного технічного і програмного забезпечення. 2. Заповнити БД устаткування, пристосувань, різального інструмента значеннями відповідних параметрів. 3. Створити і заповнити БД утримуючі таблиці відповідностей параметрів деталей і параметрів елементів технологічної системи.
Для експлуатація системи необхідно визначити необхідну номенклатуру деталей для токарської обробки на верстатах з ЧПК; ввести значення параметрів деталей у БД системи одним із запропонованих способів; відзначити необхідні деталі для групування. Після одержання вихідних документів результатів групування і формування групових інструментальних налагоджень використовувати отримані дані для складання карт налагоджень верстатів і розробки керуючих програм на обробку сформованих груп деталей.
Промислова апробація методики автоматизованого групування деталей і проектування групових інструментальних налагоджень виконана на номенклатурі деталей-тіл обертання прокатного, шахтно-піднімального і ковальсько-пресового устаткування АТ НКМЗ (Новокраматорський машинобудівний завод).
Для порівняння результатів застосування існуючих методик групування деталей і розробленої методики було виконано два варіанти групування деталей:
1.
На основі групового налагодження за комплексними деталями.
2.
На основі налагоджень, формованих у процесі групування деталей.
Підбор деталей для групування вироблявся випадковою вибіркою. Аналіз отриманих груп деталей показав, що при групуванні деталей на основі другого варіанта привело до збільшення розмірів груп на 30% у порівнянні з першим варіантом. Розрахунок показників ефективності застосування групової технології для верстатів з ЧПК аналітичним шляхом привів до наступних результатів: продуктивності праці підвищилася на 10%; собівартість обробки знизилася на 12%; тривалості операційного циклу обробки деталей скоротилася приблизно на 20%; відсоток згрупованих деталей на 30%; відсоток завантаження токарських верстатів з ЧПК на 20%. Застосування комплексу засобів автоматизації при технологічній підготовці виробництва дозволило скоротити час проектування групових інструментальних налагоджень на 25%. Річний економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 45 тис. грн.
Визначені показники ефективності застосування групової технології на основі розробленої методики синтезу групових налагоджень дає підставу говорити про практичну цінність результатів проведеної роботи.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішена актуальна для сучасного машинобудування задача підвищення продуктивності токарних верстатів з ЧПК, які використовують в умовах багатономенклатурного одиничного і дрібносерійного виробництва за рахунок внутрішніх резервів, завдяки використанню прогресивної групової технології та оптимізації і автоматизації етапів технологічної підготовки виробництва – підбору номенклатури деталей та проектування інструментальних налагоджень для подальшої обробки.
1.
Існуючі методики класифікації та групування деталей, оброблюваних на токарських верстатах із ЧПК, ефективні при плановому виробництві. В умовах ринкової економіки, при частій зміні номенклатури виробів, що випускаються, та обмежених термінах виготовлення необхідне удосконалення даних методик та підвищення рівня автоматизації технологічної підготовки виробництва.
2.
Розроблена методика групування деталей для токарських верстатів із ЧПК заснована на принципах: спільності складу елементарних поверхонь деталей; спільності устаткування; спільності інструментальних налагоджень.
3.
Взаємозв'язок параметрів елементарних поверхонь деталей, технологічного устаткування та різального інструмента, визначена на основі логіки предикатів першого порядку.
4.
Оптимальна структура інструментальних налагоджень формується на основі рангів відповідностей параметрів різального інструмента, умовам формоутворення елементарних поверхонь деталей та експлуатаційних характеристик інструмента в процесі обробки цих поверхонь. Ранги відповідностей є визначальними ознаками при визначенні та фіксуванні відповідностей значень параметрів деталей та параметрів різального інструмента. Це забезпечує альтернативність при формуванні інструментального забезпечення для обробки деталей.
5.
Розроблена метамова дозволяє описати конструктивно-технологічні параметри деталей-тіл обертання автономно, що забезпечує зручність та простоту коректування складу та значень параметрів деталей в умовах багатономенклатурного виробництва.
6.
В розробленій системі автоматизованого проектування групових налагоджень САПР ГН передбачене визначення кількісно-позиційного складу групових інструментальних налагоджень, що дозволяє враховувати необхідність наявності інструментів-дублерів для підналагодження верстата.
7.
Вихідними документами САПР ГН є відомість складу груп деталей для токарської обробки на верстатах з ЧПК та відомість різальних інструментів, застосовуваних у групових налагодженнях із вказівкою їхніх конструктивних параметрів та наявності інструментів-дублерів.
8.
Промислова апробація розробленого програмно-технологічного комплексу на основі методики автоматизованого синтезу групових інструментальних налагоджень виконана на АТ НКМЗ (Новокраматорський машинобудівний завод). У результаті апробації вдалося: продуктивність праці підвищилася на 10%; собівартість обробки знизилася на 12%; тривалості операційних циклів обробки деталей скоротилася приблизно на 20%; відсоток згрупованих деталей на 30%; відсоток завантаження токарських верстатів із ЧПК на 20%. Застосування комплексу засобів автоматизації при технологічній підготовці виробництва дозволило провести роботи з систематизації і коректуванню даних про технологічні можливості токарських верстатів із ЧПК, пристосувань і інструмента, що ріже, у виробничих підрозділах підприємства і скоротити час проектування групових інструментальних налагоджень для обробки деталей на 25%. Річний економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 45 (сорок п'ять) тис. грн.
9.
Розроблена методика автоматизованого проектування групових інструментальних налагоджень для токарських верстатів із ЧПК може бути рекомендована та для інших типів верстатів з ЧПК.
СПИСОК опублікованих ПРАЦЬ за темою дисертації
1. Володченко Г.Ф., Володченко В.В. Оптимизация метода группирование деталей при механической обработке. Надежность режущего инструмента, и оптимизация технологических систем. .Сб. статей. В 2-х томах, Т.1. - Краматорск: ДГМА, 1997.- С. 70-73.
Здобувачем запропонована методика визначення вагомості параметрів деталей при їхній класифікації на основі рангової кореляції.
2. Зиновьев Н.И., Володченко В.В., Севастьянов С.В. Метод повышения эффективности использование существующего парка станков с ЧПУ машиностроительных предприятий // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. науч. тр. ХГТУ. Вып. 6. в четырех ч., Ч. 4. - Харьков: ХГПУ.- 1998.- С. 98-99.
Здобувачем запропоновані напрямки розробки методу підвищення ефективності використання існуючого парку токарських верстатів із ЧПК, заснованого на класифікації параметрів деталей з їхнім наступним групуванням.
3. Володченко В.В. Принципы построения групповой токарной операции, выполняемой на станках из чпУ // Резание и инструмент в технологических системах. Межд. научн.-техн. сборник. – Х.: ХГПУ, Вып. 53, 1999. С. 16-19.
Зиновьев Н.И., Володченко В.В., Белик В.М. Методика группирования деталей - тел вращения для токарных станков с ЧПУ // Надежность режущего инструмента, и оптимизация технологических систем. Сб. научн. тр. Вып. 10 - Краматорск: ДГМА.= 2000.- С. 139-142.
Здобувачем розроблена методика формування груп деталей - тіл обертання за спільністю однорідних значень ознак групування.
5. Зиновьев Н.И., Володченко Г.Ф., Володченко В.В. Структура информационно-поискового языка для автоматизированного проектирования групповых технологических процессов // Тезисы. докладов международной научно-практической конференции "Автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении". - Луганск: ВУГУ.- 1996г.- С.154.
Здобувачем запропоновані загальні принципи організації та структура інформаційно-пошукової системи групових технологічних процесів.
6. Зиновьев Н.И., Володченко В.В. Система инструментального обеспечения при групповых методах обработки деталей // Тезисы докладов на межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства". - Краматорск: ДГМА.- 1996.- С. 52-53.
Здобувачем запропоновані основні принципи інструментального забезпечення групових технологічних процесів.
7. Зиновьев Н.И., Володченко В.В. Применение СУБД при проектировании технологических процессов // Тезисы докладов на межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства". - Краматорск: ДГМА. – 1996.- С. 64.
Здобувачем запропонована схема використання та система організації комп'ютерних баз даних при проектуванні типових та групових технологічних процесів.
8. Зиновьев Н.И., Володченко В.В. К вопросу повышения эффективности использование станков из ЧПУ в условиях группового единичного и мелкосерийного производства // Сб. тр. международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии машиностроения и современность" (г. Севастополь). - Донецк: ДонГТУ, 1997.- С. 108-109.
Здобувачем розкрито напрямки та методи підвищення ефективності використання токарських верстатів із ЧПК на підприємствах із дрібносерійним та одиничним виробництвом.
АНОТАЦІї
Володченко Валерій Вікторович. "Підвищення продуктивності токарних верстатів з чпК на основі синтезу групових інструментальних налагоджень". – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю – 05.02.08 – Технологія машинобудування. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2001.
В дисертації запропоновано методику автоматизованого групування деталей-тіл обертання для обробки на токарських верстатах із ЧПК з проектуванням відповідним групам інструментальних налагоджень. Проектування групових налагоджень здійснюється на основі синтезу значень конструктивних параметрів різальних інструментів відповідних значенням конструктивно-технологічних параметрів деталей, що формуються у групи. Відповідності значень параметрів різального інструмента та деталей визначається рангами відповідностей параметрів різального інструмента умовам формоутворення елементарних поверхонь деталей та експлуатаційних характеристик інструмента в процесі обробки цих поверхонь. На основі запропонованої методики розроблена система автоматизованого проектування групових налагоджень (САПР ГН) у виді програмно-технологічного комплексу, що дозволяє реалізувати методику в реальних виробничих умовах.
Ключові слова: продуктивність токарної обробки, групова технологія, інструментальне налагодження, технологічна система, параметричний синтез, структурний синтез, оптимізація, автоматизоване проектування.
Володченко Валерий Викторович "Повышение производительности токарных станков с ЧПУ на основе синтеза групповых инструментальных наладок". – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности – 05.02.08 – Технология машиностроения. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2001.
Диссертация посвящена развитию методик автоматизированного проектирования групповых инструментальных наладок для обработки деталей на станках с ЧПУ средней и легкой серии в условиях многономенклатурного единичного и мелкосерийного производства. Результатом работы является методика автоматизированного синтеза структуры и параметров групповых инструментальных наладок и групп деталей для токарных станков с ЧПУ.
В первом разделе дан анализ научных работ по проблемам повышения эффективности использования станков с ЧПУ в современном машиностроительном производстве. Установлены виды обеспечений производительной работы данного оборудования, четко определены критерии экономической эффективности использования станков с ЧПУ в производстве, а также основные направления повышения эффективности обработки на станках с ЧПУ.
Во втором разделе определены и формализованы параметрические модели деталей - тел вращения, токарных станков и
