Техпроцесс изготовления концевой фрезы
Обоснование использования инструмента.
Например необходимо разработать конструкцию концевой фрезы для обработки паза, выполняющей две операции одновременно: прорезание паза на заданную глубину и снятие фаски на угол 45 .
Главные параметры фрезы, которые необходимо учитывать:
· Направление зубьев
· Конструкцию зубьев: острозаточенные / затылованные
· Материал зубьев Количество и размер зубьев (Для чернового фрезерования - фрезы с большим окружным шагом и малым количеством крупных зубьев. Для чистового фрезерования и фрезерования хрупких материалов - фрезы с малым окружным шагом и большим количеством мелких зубьев)
· Конструкцию фрез: цельные, составные(с припаянными режущими элементами) и сборные (с механическим креплением неперетачиваемых сменных многогранных пластин)
· Способ установки на шпинделе станка: насадные (с отверстием) / концевые (с хвостовиком)
Конструкция . Несмотря на то, что инженера-конструкторы предлагают сотни разных типов и разновидностей фрез, все они имеют ряд общих элементов (см. рисунок).
Устройство концевых фрез.
(на примере фрезы для скруглений и прямой пазовой фрезы)
Режущие кромки. Фреза может иметь одну, две или более режущих кромок. Фрезы с единственной режущей кромкой используются в случаях, когда требуется высокая производительность, по отношению к которой чистота поверхности занимает второстепенное значение. Большинство же фрез имеет две режущие кромки и более, что обеспечивает своего рода баланс между качеством реза и производительностью.
Режущие кромки фрезы могут быть выполнены из быстрорежущей стали (что сокращенно обозначается как HSS) либо из твердого сплава (TCT). Последние, как правило, стоят несколько дороже.
Для обеспечения возможности погружения фрезы в материал в произвольном месте заготовки фреза должна иметь концевые режущие кромки (как пазовая фреза, показанная на рисунке).
Хвостовик фрезы характеризуется диаметром и длиной. Очевидно, что диаметр хвостовика должен соответствовать диаметру цанги фрезера. Продаваемые на территории России фрезеры, как правило, имеют в комплекте цанги диаметром 8 и 12 мм либо только 8 мм (характерно для моделей небольшой мощности). Цанги указанных размерностей являются стандартом в странах Европы. Инструменты, предназначенные для американского рынка, рассчитаны на использование фрез с хвостовиками дюймовых размерностей ¼” (6,35 мм) и ½“ (12,7 мм). Впрочем, многие производители, как европейские, так и американские, предлагают к своим фрезерам дополнительные цанги дюймовой или, наоборот, метрической размерности.
Также хвостовик может быть коническим, как называют Конус Морзе. Под него есть коническое отверстие соответствующего размера (гнездо) в шпинделе или задней бабке станка. Предназначено для быстрой смены инструмента с высокой точностью центрирования и надёжностью.
При разработке новых конструкций фрез выполняют следующие основные требования.
Число зубьев должно быть по возможности большим, так как от него пропорционально зависит минутная подача, т. е. производительность обработки.
Вместе с тем зубья должны быть достаточно прочными, а расстояние между ними, форма и шероховатость поверхности стружечных канавок должны обеспечивать надежное размещение и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез, обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, например при образовании сплошной сливной стружки, у концевых фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробления стружки.
Выбор оборудования
Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такое оборудование, приспособление, которые бы обеспечили выпуск деталей заданного качества и количества с минимальными затратами.
При выборе типа и модели металлорежущих станков будем руководствоваться следующими правилами:
1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обеспечить выполнение требований предъявленных к операции.
2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию переходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки.
3) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эргономики и экологии.
Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет несколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ. Выбор оборудования проводим в следующей последовательности:
1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков.
2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка.
3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка. Данные по выбору оборудования заносим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
Выбор технологического оборудования
| № оп. | Название операции | Тип, модель оборудования | Станочное приспособление |
| Заготовительная | Горизонтально-ленточная пила UE-330A | Тиски с самоцентририрующиеся с призматическими губками по ГОСТ 12195-66 | |
| Токарная | |||
| Сварка | Сварочная машина стыковой сварки методом оплавления МСМУ-150 | Спец. Токопроводящие призмы | |
| Отжиг | |||
| Контрольная | - | - | |
| Токарная | Токарно-винторезный станок 1К62 | 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 | |
| Токарная | 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 | ||
| Токарная | Токарно-револьверный станок 1Н365БП | 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 | |
| Токарная | Токарно-винторезный станок 1К62 | 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 | |
| Фрезерная | Вертикально-фрезерный станок 6Т104 | 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 | |
| Фрезерная | Фрезерный с ЧПУ МАНО-700 | Специальный цанговый патрон | |
| Контрольная | |||
| Термическая | |||
| Круглошли-фовальная | Поводковый патрон | ||
| Круглошли-фовальная | Круглошлифовальный станок 3131 | Поводковый патрон | |
| Шли-фовальная | Спец. шлифовальный с ЧПУ 55С CNC6 | Специальный цанговый патрон | |
| Контрольная | |||
| Маркировка |
Пример фрезерования трубы картера новой фрезой
Время обработки
Для определения времени обработки необходимо определить режимы резания. Режимы резания назначим такие же как при базовом варианте обработки трубы картера двумя видами инструментов, а именно:
Подача при врезании фрезы:
Sв= 100 мм/мин
Подача при продольном фрезеровании паза трубы:
Sп= 200 мм/мин
Ускоренная подача подводе/отводе фрезы:
Sу= 5000 мм/мин
Тогда машинное время обработки найдем по формуле:
ТМ= Lв / Sв + Lп / Sв + Lу / Sу, где:
Lв – длина хода при врезании фрезы, 10мм
Lп – длина хода фрезы при поперечном движении, 205мм (по чертежу)
Lу – длины хода при ускоренных движениях фрезы во время подвода к заготовке и отвода, 400мм.
Машинное время равно:
ТМ= 10/100 + 205/200 + 400/5000 = 1,185 мин
Штучное время для данной операции найдём по формуле:
Тшт=Тв+Тм
ТВ – вспомогательное время, примем такое как в базовом варианте (по результатам практики),
Тв=0,57 мин
Отсюда штучное время на операцию составит:
Тшт=0,57+1,185=1,755 мин
Так как за одну операцию обрабатывается сразу 2 заготовки, то штучное время в пересчете на 1 заготовку составит:
Тшт1 = Тшт/2
Тшт1 = 1,755/2 = 0,878 мин
Последовательность разработки (алгоритм проектирования) технологического процесса.
1. Изучение технического задания и выбор вида и организационной формы производственного процесса.
2. Выбор финишных методов обработки, окончательно формирующих качество инструмента по каждой из поверхностей.
3. Выбор заготовки, наиболее полно удовлетворяющей экономичному изготовлению инструмента в заданных или выбранных условиях производства.
4. Сравнение формы, размеров и качества заготовки с готовым инструментом и определение характера промежуточных видов обработки: точение, фрезерование, сверление и т.д.
5. Разработка технологического маршрута, т.е. последовательности всех видов обработки по переходам.
6. Выбор технологических баз. Требования к ним такие же, как и в общем машиностроении: стремление к единству конструкторских, технологических и измерительных баз, а также к их постоянству, т.е. к неизменности при выполнении различных технологических операций. Выбор первичных черновых баз, позволяющих правильно ориентировать заготовку для обработки с требуемой точностью основных технологических баз.
7. Выбор технологического оборудования и оснастки.
8. Разработка маршрутной технологии.
9. Разработка операционной технологии для условий серийного и массового производства:
§ а) расчет операционных припусков и допусков;
§ б) определение размеров и формы заготовки;
§ в) нормирование технологических операций.
10. Сравнение экономической эффективности нескольких вариантов техпроцесса и выбор оптимального.
11. Окончательная доработка выбранного варианта технологии. Разработка подробных операционных карт механической, термической, химико-термической обработки, сварки, напайки и т.д., а также карт технического контроля.
Рассмотрим общий алгоритм проектирования операционной технологии.
В соответствии с характером решаемых задач и структурой критерия оптимальности проектирования синтез технологических операций расчленяется на четыре составные части (рис. 1). В первой определяются наиболее рациональные форма, припуски, допуски и межоперационные размеры изделия, поступившего на операцию, т. е. состояние .
Вторая часть алгоритмов связана с выбором элементов системы обработки поверхности изделия (модели оборудования, приспособления, основного, вспомогательного и измерительного инструментов) и пространственной компоновкой инструментальной наладки оборудования.
Рис. 1. Общий алгоритм проектирования операционной технологии
Алгоритмы третьей части осуществляют синтез временной структуры операции, т. е. уточняют состав переходов, определяют порядок их выполнения и характер совмещения во времени.
В четвертую часть входят алгоритмы определения параметров и технико-экономических характеристик операции.
Для простых операций ряд алгоритмов может отсутствовать. Например, в однопереходной операции алгоритм определения последовательности выполнения переходов опускается, а в некоторых операциях не нужны алгоритмы формирования инструментальных наладок и распределения переходов по позициям. Эти особенности учитываются при установлении структурного состава алгоритмов проектирования конкретных операций. Управляющим алгоритмом из общей схемы исключаются или добавляются те или иные алгоритмы в зависимости от назначения и целей, достигаемых в каждом конкретном случае.
Результатом автоматизированного проектирования является индивидуальный ТП, оформленный в виде маршрутной карты, в которой содержатся сведения о порядке выполнения операций и переходов, об оборудовании и оснастке, о режимах отдельных технологических операций и ряд других сведений, используемых для организации изготовления РЭА.
Итак, мы рассмотрели три уровня для автоматизированных систем проектирования ТП:
- проектирование принципиальной схемы;
- проектирование технологического маршрута;
- проектирование операционной технологии.
Процесс проектирования идет от уровня к уровню и на каждом уровне является итерационным с накоплением опыта, обобщением и корректировкой на каждом уровне (рис. 2).
Эти результаты можно использовать для разработки типовых, групповых алгоритмов и технологических процессов-аналогов.
Операцией "обобщение" накопленного опыта из числа ранее спроектированных ТП формируются типовые проектные решения, типовые и групповые алгоритмы. Улучшается значение эвристических критериев самоотбора, совершенствуются структура и параметры алгоритмов синтеза, анализа и оптимизации. Обобщение накопленного опыта проводится в режиме человеко-машинного проектирования с оперативным отображением процессов-аналогов на экраны дисплеев.
В результате обучения и самообучения алгоритмы синтеза проектных решений и эвристические критерии промежуточного самоотбора становятся более эффективными. Вместо генерирования большого числа возможных вариантов - целенаправленно, с учетом положительного прошлого опыта синтезируется меньшее количество наиболее перспективных проектных решений (вариантов). За счет улучшения значений эвристических критериев в процессе самообучения на каждой промежуточной стадии отбирается для дальнейшего проектирования меньшее, чем прежде, число наиболее рациональных вариантов.
Рис. 2. Модель автоматизированной системы проектирования с накопителем и обобщением опыта проектирования на каждом уровне
Следовательно, контур самообучения, работающий на основе использования опыта проектирования, позволяет повысить качество проектных решений и резко сократить затраты машинного времени.
В результате целенаправленного синтеза и промежуточного отбора на каждом уровне генерируются не все возможные варианты, а только наиболее перспективные. Они могут иметь недостатки, которые выявляются с помощью операций анализа и оценки, а затем устраняются алгоритмами оптимизации.
Аналогичное положение наблюдается при автоматизации проектирования ТП-аналогов.
В результате приходим к необходимости организации итерационной модели процесса проектирования, основной чертой которой является последовательное улучшение исходного варианта до требуемой степени совершенства.
На основании анализа конструкторско-технологической документации в процессе разработки алгоритмов проектирования создают фонд информации для автоматизированного проектирования ТП изготовления элементов РЭС; этот фонд дополняют в процессе функционирования САПР.
Контрольные вопросы и упражнения
- Что включает в себя операционная технология?
- Что необходимо знать для построения операции?
- Что включает в себя спроектированный с помощью ЭВМ маршрут?
- Какие факторы оказывают влияние на построение операций?
- Что входит в задачу формирования оптимальной операции?
- Какие исходные данные используются при проектировании с помощью ЭВМ ТП?
- Что является технологическими ограничениями, определяющими допустимые варианты ТП изготовления на предприятии?
- Чем определяется структура технологической операции?
- Как определяется число переходов в операции?
- Назовите технологические ограничения, определяющие допустимые варианты ТП изготовления на предприятии.
Первым этапом проектирования ТП является разработка предварительного проекта, вторым - разработка рабочей технологической документации на стадии опытного образца (партии), установочной серии, установившегося серийного или массового производства.
Предварительный проект предназначен для отработки и проверки технологичности конструкции изделия на стадиях эскизного и технического проектов разработки конструкторской документации, для подготовки и разработки рабочей документации.
Под рабочей технологической документацией подразумевается совокупность технологических документов (карт, инструкций, ведомостей), которые содержат все данные, необходимые для изготовления и контроля изделия.
Технологические процессы разделяются на следующие виды:
· Проектный ТП, выполняемый по предварительному проекту технологической документации.
· Рабочий ТП, выполняемый по рабочей технологической и конструкторской документациям.
· Единичный ТП, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.
· Типовой ТП, который характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.
· Стандартный ТП - технологический процесс, установленный стандартом.
· Временный ТП, применяемый на предприятии в течение ограниченного периода времени из-за отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный.
· Перспективный ТП, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.
· Маршрутный
· Операционный ТП, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки.
· Маршрутно-операционный ТП, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки.
· Групповой ТП, который разрабатывается не на одну деталь, а на группу деталей, сходных по технологическим признакам.
Комплекс работ по проектированию технологических процессов
Технологические процессы разрабатываются для изделий, конструкция которых отработана на технологичность и включает комплекс взаимосвязанных работ, к которым относятся:
· выбор заготовок;
· выбор технологических баз;
· подбор типового технологического процесса;
· определение последовательности и содержания технологических операций;
· определение, выбор и заказ новых средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытания);
· назначение и расчет режимов обработки;
· нормирование процесса;
· выбор средств механизации и автоматизации элементов технологических процессов и внутрицеховых средств транспортирования и другие.
При разработке ТП используются классификаторы технологических операций, системы обозначения, типовые технологические процессы, стандарты, каталоги, справочники и «Единая система технологической документации (ЕСТД)».
При разработке типовых технологических процессов необходимо учитывать конкретные производственные условия типового представителя группы изделий, обладающих общими конструктивно-технологическими признаками.
К типовому представителю группы изделия обычно относится такое изделие, изготовление которого требует наибольшего количества основных и вспомогательных операций, характерных для изделий, входящих в эту группу.
Необходимость разработки типовых технологических процессов определяется экономической целесообразностью, связанной с частотой применения изделия группы.
Типизация осуществляется в двух направлениях:
· типизация комплексных технологических процессов изготовления однотипных изделий;
· типизация и стандартизация отдельных операций обработки различных изделий.
Типовые технологические процессы могут быть оперативными и перспективными.
Типовые технологические процессы и стандарты на технологические операции являются информационной основой при разработке рабочего технологического процесса.
Виды технологических документов
Разработанные технологические процессы оформляются в виде технологических документов следующих видов, предусмотренных Государственным стандартом ЕСТД.
1. Маршрутная карта (МК) содержит описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия (включая контроль и перемещения) по всем операциям различных видов и технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах в соответствии с установленными формами. Маршрутная карта является обязательным документом. Эту карту допускается разрабатывать на отдельные виды работ.
2. Карта эскизов (КЭ) содержит эскизы, схемы и таблицы, необходимые для выполнения технологического процесса, операции или перехода изготовления или ремонта изделия.
3. Технологическая инструкция (ТИ) содержит описание приемов работы или технологических процессов изготовления или ремонта изделия, правил эксплуатации средств технологического оснащения, описания физических и химических явлений, возникающих при отдельных операциях.
4. Комплектовочная карта (КК) содержит данные о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия.
5. Ведомость расцеховки (ВР) содержит данные о маршруте прохождения изготовленного (ремонтированного) изделия по службам предприятия.
6. Ведомость оснастки (ВО) содержит перечень технологической оснастки, необходимой для выполнения данного технологического процесса или операции.
7. Ведомость материалов (ВМ) содержит данные о заготовках, нормах расхода материала, маршруте прохождения изготавливаемого изделия и его составных частей.
8. Ведомость сборочных единиц к типовому технологическому процессу (ВТП) содержит перечень сборочных единиц. Эти единицы изготавливаются по типовому технологическому процессу (операции) с указанием соответствующих данных о трудозатратах и при необходимости - о материалах, технологической оснастке и режимах.
9. Карта технологического процесса (КТП) содержит описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия (включая контроль и перемещения) по всем операциям, выполняемым в одном цехе в технологической последовательности, с указанием данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых нормативах.
Для отдельных видов работ, связанных технологическим маршрутом изготовления изделий с другими видами работ, допускается разрабатывать КТП с указанием всех видов работ, выполняемых в разных цехах. При этом если КТП охватывает весь маршрут изготовления данного изделия, то она заменяет МК, и последняя не разрабатывается.
10. Карта типового технологического процесса (КТТП) содержит описание типового технологического процесса изготовления и ремонта группы сборочных единиц в технологической последовательности с указанием операций и переходов и соответствующих данных о средствах технологического оснащения и материальных нормативах.
11. Операционная карта (ОК) содержит описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных о средствах технологического оснащения.
12. Операционная карта типовая (ОКТ) содержит описание типовой технологической операции с указанием переходов, данных о технологическом оборудовании и, при необходимости, о технологической оснастке и режимах обработки.
13. Ведомость операций (ВОП) содержит перечень и описание всех операций технологического контроля, выполняемых в одном цехе, с указанием данных об оборудовании, оснастке и требований к контролируемым параметрам.
Основные документы АСТПП
Основными документами являются:
· МК - маршрутная карта;
· КТП - карта технологического процесса;
· ВТП - ведомость сборочных единиц к типовому технологическому процессу.
Основной документ в отдельности или в совокупности с другими документами, записанными в нем, полностью и однозначно определяет технологический процесс изготовления изделия по всем или отдельным видам работ. Формы документов общего и специального назначения установлены ЕСТД.
Построение схемы технологического процесса
На этом этапе формулируются задачи, стадии и исходные данные для проектирования принципиальной схемы технологического процесса. Проводится классификация методов автоматизированного проектирования ТП и разрабатывается модель многоуровневого процесса проектирования с выбором рациональных решений. Рассматриваются итерационный алгоритм процесса проектирования на каждом уровне и алгоритм формирования принципиальной схемы ТП.
Цель проектирования технологических процессов - дать подробное описание операций изготовления изделия с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Эта основная проблема проектировщика дополняется последующей задачей внедрения спроектированного ТП на предприятии. В результате составления технологической документации инженерно-технический персонал и рабочие-исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного ТП в конкретных производственных условиях.
Проектирование ТП начинается с анализа технического задания (ТЗ) на проектирование, включающего следующие элементы: рабочий чертеж изделия с техническими условиями или сборочный чертеж узла с условиями приемки, программу выпуска и другие требования.
Варианты структуры ТП генерируются, а затем оцениваются с позиций условий работоспособности (например, обеспечение заданных параметров, качества изделия). Для каждого варианта структуры предусматривается оптимизация параметров, так как оценка должна выполняться при оптимальных или близких к оптимальным значениях параметров. Если для некоторого варианта структуры ТП, операции или перехода достигнуто обеспечение заданных параметров качества изделия, то процесс синтеза считается законченным.
Результаты проектирования оформляются в виде необходимой технологической документации с формированием ТЗ на следующий уровень проектирования. Для каждого варианта структуры составляется модель ТП или его элементов. При автоматизированном проектировании эта модель является математической, она должна быть адекватна объекту в отношении его основных свойств. Анализом модели проверяется выполнение условий работоспособности (например, получение максимальной производительности при обеспечении параметров качества изделия) и принятие решения. По результатам проверки проводится параметрическая оптимизация.
Если условия работоспособности не выполняются, то управляемые параметры снова изменяют, и математическая модель анализируется при новых их значениях. В случае повторного невыполнения условий работоспособности переходят к генерации нового варианта структуры или к пересмотру ТЗ.
В целом функциональная структура принципиальной схемы процесса характеризуется последовательностью преобразований изготавливаемого изделия из начального состояния на заготовительном этапе в состояния С 1 , С 2 , С n на промежуточных и окончательном этапах. Это преобразование осуществляется по уровням. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. На основе одного проектного варианта (k -1)- го уровня формируется множество более детальных вариантов k -го уровня.
В результате проектирования на всех уровнях образуется дерево допустимых вариантов технологического процесса, отвечающих заданным техническим ограничениям. Вершинам дерева соответствуют операции синтеза проектных решений, а дугам - полученные варианты этих решений. Дуги дерева последнего уровня характеризуют проектные варианты заданной степени детализации. Для решения задач многоуровневой оптимизации на i -м уровне проектирования получают, следовательно, не единственный оптимальный вариант, а группу вариантов, близких к оптимальному. Среди этих параметров выбирают решение на (i +1)-м уровне проектирования.
На рисунке показана модель многоуровневого процесса проектирования с выбором наиболее рационального решения на последнем уровне: Т З - техническое задание; С ii - операции синтеза проектных решений; R q{k} - проектные варианты
При генерации структуры технологического процесса используются различные методы: проектирование на основе типизации и групповой технологии; преобразование процессов-аналогов; многоуровневый итерационный метод; аксиоматический метод и др.
Проектирование конкретных технологических процессов путем параметрической настройки типового процесса включает в себя две группы проектных операций: поиск в технологическом банке данных требуемого типового процесса и расчет параметров каждой операции (определение норм времени, материальных и трудовых нормативов). Этот метод применяется для типовых изделий. Алгоритмы преобразования процесса-аналога не содержат в готовом виде логические условия выбора операций и переходов. Эти условия определяются в результате анализа изделия и ТП-аналога. После того, как в технологическом банке данных найдены изделия и ТП-аналоги (И, ТН) ан , проектирование заключается в том, чтобы на основе информационной модели C k конкретного изделия определить рациональную структуру и параметры процесса его изготовления:
W: {C k (И, ТН) ан } ,
где W - операции преобразования процесса-аналога.
Преобразование осуществляется методами исключения и дополнения структурных элементов в процессы-аналоги на основе выявления различий между конкретными изделиями и изделиями-аналогами.
Метод исключения структурных элементов основан на том, что из графа S а
(C
, A
)
, описывающего структуру процесса-аналога, исключаются некоторые пути или дуги
{C q -1
,А q
,C q
}
, соответствующие операциям или переходам обработки отсутствующих у конкретного изделия поверхностей или поверхностей более высокой точности.
Структура конкретного процесса образуется в результате применения разности графов
S k (C 1 ,A 1) = S a (C ,A )\ {C q-1 ,А q ,C q },
где C 1 =C \{C q } - множество промежуточных состояний, необходимых для изготовления конкретного изделия; A 1 =A \{A q } - множество технологических операций, необходимых для изготовления конкретного изделия.
В результате применения такой операции структура конкретного процесса получается более простой, чем аналога. Преобразование процесса-аналога методом исключения структурных элементов осуществляется установлением технологического подобия состояний изделия-аналога со структурой и параметрами конкретного изделия. Для этого в графе функциональной структуры технологического процесса-аналога выделяются висячие вершины, соответствующие конечным состояниям групп обрабатываемых поверхностей. Если C a ~C k , то операция A включается в маршрут обработки конкретного изделия; в противном случае она исключается из маршрута-аналога.
Метод дополнения структурных элементов базируется на присоединении к графу структуры процесса-аналога S a (S ,A ) множества дуг {C r -1 ,A r ,C r } , соответствующих вновь вводимым операциям и переходам по обработке поверхностей конкретного изделия, которые отсутствуют в изделиях-аналогах или имеют более низкую точность. Структура конкретного процесса получается более сложной и образуется в результате операции объединения графов
S k (C 1 ,A 1) = S a (C ,A )U {C r-1 ,A r ,C r } ,
где C 1 = C U C r ; A 1 = A U A r .
В ряде случаев возникают задачи проектирования, когда преобразование процессов-аналогов производится теми и другими методами
S k (C 1 ,A 1) = S a (C ,A ) \ {C q-1 ,А q ,C q } U {C r-1 ,A r ,C r }
Преобразование процесса-аналога методом дополнения структурных элементов (операций, переходов) заключается в определении вида и количества этих элементов и рациональном их расположении.
Принцип многоуровневой декомпозиции
Одним из наиболее общих способов преодоления начальной неопределенности задачи технологического проектирования является многоуровневый итерационный метод. Сущность его раскрывается совокупностью принципов и утверждений, определяющих характер и структуру процессов проектирования.
Проектирование дискретных ТП и сложных объектов расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней, характеризующихся последовательно возрастающей от уровня к уровню степенью детализации проектных решений.
Основу принципа многоуровневой декомпозиции составляют следующие утверждения:
1. Проектирование ТП изготовления изделий можно разделить на 4 уровня:
· принципиальная схема процесса;
· маршрутная технология;
· операционная технология;
· управляющие программы.
Первому уровню свойственны наибольшая степень абстракции и определение только принципиальных особенностей структуры и функции ТП. От уровня к уровню степень детализации проектных решений возрастает. На последнем уровне она доводится до инструкций и команд управления оборудованием.
2 . Многоуровневый процесс проектирования развивается сверху вниз, т.е. от синтеза общих принципиальных моделей на первом уровне к проектным решениям требуемой степени детализации на следующих уровнях. При этом решения, полученные на предыдущем (k -1)-м уровне, используются в качестве дополнительных исходных данных для проектирования на k -м уровне. Так, сведения о принципиальной схеме ТП, полученные на первом уровне, служат для синтеза маршрута на втором уровне. Разработка операционных технологий на третьем уровне производится на основе сведений о технологическом маршруте, а для синтеза управляющих программ применяются сведения об операционной технологии.
3 . На всех уровнях, кроме последнего, ввиду недостаточной детализации проектных решений, критерии отбора вариантов носят обобщенный, эвристический характер. Они постепенно уточняются при переходе от уровня к уровню, достигая необходимой точности на последнем уровне проектирования
Так, на первом уровне невозможно формировать критерий, позволяющий выбрать один оптимальный вариант принципиальной схемы ТП. Причина в том, что представление о проектируемом процессе носит сугубо принципиальный характер и на следующих уровнях, как правило, уточняется.
4 . На начальном и промежуточных уровнях проектирования, в связи с эвристическим характером критериев, из множества синтезированных вариантов отбирается не одно, а несколько (два-три) наиболее рациональных решений. Окончательный вариант ТП, соответствующий экстремальным значениям точного критерия, определяется только на последнем уровне.
5 . Проектирование на каждом уровне расчленяется на совокупность следующих проектных операций, итерационно взаимосвязанных между собой:
Итерационный алгоритм процесса проектирования можно представить следующим образом
Здесь П - поиск решений-аналогов, Н -преобразование процессов-аналогов, С - синтез различных вариантов технологии, М - имитационное моделирование процесса обработки, А - анализ результатов моделирования, Е - оценка результатов моделирования, Q - оптимизация, W - отбор наиболее рациональных вариантов.
Процесс проектирования начинается с операции поиска изделий и ТП-аналогов в массиве технологического банка данных. Если такие процессы найдены, то логическим блоком Р 2 управление передается операции преобразования процесса-аналога Н 3 , если же не найдены - операции синтеза С 4 . В этом блоке централизованным способом синтезируется некоторое количество вариантов ТП, удовлетворяющих заданным техническим требованиям и ограничениям. Операция имитационного моделирования позволяет, например, прогнозировать характер обработки поверхности, возникающие при этом погрешности и значения технико-экономических параметров. С помощью операции "анализ" устанавливаются причины возникновения тех или иных отклонений и заниженных значений отдельных локальных критериев. Анализ проводится по всем технико-экономическим показателям.
Операцией «оценка» проверяется степень выполнения заданных технических требований. На основе выявленных локальных критериев определяется интегральный критерий качества того или иного варианта, устанавливается необходимость получения тех или иных его показателей. Операцией «оптимизация» производится выбор направления улучшения проектного варианта в соответствии с моделью, характеризующей взаимосвязь локальных критериев. В результате проведенных преобразований исходного варианта возникает новый улучшенный вариант. Сведения о нем вновь поступают в блоки моделирования, анализа, оценки и оптимизации. Совокупность указанных операций образует итерационный цикл процесса проектирования.
За несколько итераций качество исходного варианта улучшается. Процесс заканчивается, когда вариант по всем основным показателям удовлетворяет заданным требованиям и дальнейшее его совершенствование не приводит к существенному улучшению интегрального критерия. С помощью блока Р 8 осуществляется циклическое повторение операций моделирования, оценки, анализа и оптимизации для всех вариантов, полученных в операциях поиска и синтеза. В результате для операции "выбор" подготавливается множество целесообразных вариантов, из которых затем отбираются наиболее рациональные.
В приведенной модели совокупность проектных операций и управляющих блоков определяет два метода проектирования: преобразование объектов аналога и синтеза.
Различаются методы операциями генерирования проектных вариантов. В первом методе это поиск объектов-аналогов и их преобразование, а во втором - целенаправленный синтез проектных решений. Остальные операции итерационного цикла и выбора вариантов являются общими для обоих методов проектирования.
Как показывает опыт разработки и внедрения, указанные методы широко применяются в САПР TП. По своим возможностям они не противоречат, а дополняют друг друга.
Программы, построенные на основе методов типизации, характеризуются меньшими (на 30-40%) объемом и затратами машинного времени по сравнению с многоуровневым итерационным методом. В связи с этим автоматизацию проектирования ТП на типовых изделиях целесообразно осуществлять на основе методов типизации, а на остальные изделия - преобразованием процессов-аналогов и многоуровневым итерационным методом.
Итак, весь ТП изготовления прибора рассматривается как последовательность взаимосвязанных технологических операций. Например, при изготовлении p - n - р транзистора с эпитаксиальной базой основными операциями являются такие как диффузия и окисление, формирование базы и эмиттера. Каждая операция характеризуется совокупностью входных и выходных параметров, которые, в свою очередь, являются исходными данными для расчетов на ЭВМ по выбранным математическим моделям.
Так, в блоке диффузии и окисления имеется пульт управления процессом диффузии, с помощью которого устанавливают параметры процесса обработки пластин, выбирают режим печи, длительность технологического цикла, а также корректируют характеристики процесса в случае их отклонения от заданных величин. На выходе из печи специальный прибор измеряет параметры пластин, данные передаются на пульт управления, который сравнивает измеренные параметры с заданными и регулирует соответствующим образом параметры процесса диффузии, основным из которых является, например, толщина окисла.
Для разработки технологических процессов обработки конструкционных материалов необходимы следующие исходные данные:
1. рабочий чертеж детали с соответствующими техническими условиями. В отдельных случаях могут оказаться необходимыми чертежи сборочной единицы или агрегата, куда входит заданная деталь. При проектировании типовых или групповых технологических процессов необходимы рабочие чертежи деталей тех наименований, которые образуют тип или группу деталей;
2. данные по производственной программе, содержащие объем выпуска изделий, комплектность и сроки выполнения программного задания. Данные по объему выпуска изделий дадут возможность определить тип производства, по которому будет осуществляться проектируемый технологический процесс (единичное, серийное или массовое). В условиях серийного и массового производства объем выпуска служит основой для определения такта выпуска.;
3. паспортные данные имеющегося в цехе наличного оборудования, когда процесс разрабатывается для действующего предприятия, каталоги станков при разработке технологического процесса для вновь проектируемого предприятия;
4. чертеж заготовки (в случае, если заготовка спроектирована до разработки технологического процесса);
5. ГОСТы и нормали (отраслевые стандарты) для выбора операционных припусков и допусков, режимов резания и норм времени и т. п.;
6. типовые технологические процессы, или проверенные практикой технологические процессы на детали, аналогичные заданной, изготавливаемые на данном или родственных предприятиях.
7. Алгоритм проектирования технологического процесса.
Разработка единичных технологических процессов должна определяться в соответствии с ГОСТ 14.301-83 ЕСТПП и включает в себя:
1. Технологический контроль чертежа.
2. Выбор типа производства, подбор ранее разработанного типового технологического процесса, если такая возможность имеется.
3. Выбор вида исходной заготовки и метода получения.
4. Выбор технологических баз и проектирование маршрута обработки.
5. Разработку структуры технологического процесса и последовательности выполнения операций.
6. Назначение (выбор) технологического оборудования, технологической оснастки.
7. Расчет припусков и операционных размеров.
8. Назначение и расчет технологических режимов обработки, нормирование операций и всего технологического процесса.
9. Назначение методов контроля качества деталей.
10. Составление планировок производственных участков.
11. Оформление рабочей технологической документации на разрабатываемый технологический процесс.
8. Виды подготовительных операций при точении, назначение. Технология подготовительных работ
1) Правка - при точении цилиндрических деталей из прутков
2) Рихтовка
3) Обдирка
4) Центрование - получение исходных и установочных баз
9. Выбор и обоснование методов обработки отдельных поверхностейдеталей машин.
Разнообразные формы детали, образуются главным образом сочетанием простых поверхностей (плоских, цилиндрических, конических) и сложных поверхностей (резьбовых, стандартных, винтовых, зубчатых, эвольвентных), сложных специальных (фасонные, элипсойдные, эксцентриситические. Поверхности делятся на свободные и основные. Основные – поверхности, которые соприкасаются с поверхностями других деталей. Имеют высокую точность обработки, высокий класс шероховатости, минимальные узкие припуски на обработку. Свободные поверхности подобных функций не выполняют. Первооснова для разработки ТП является изучение рабочего чертежа: материал, общие размеры, конфигурация, представление о пространственном расположении геометрии обрабатываемой детали и ее отдельных поверхностей, определить объем обработки, основной тип станков по видам обработки отдельных поверхностей. Сведения о термической обработке позволяют судить о месте этой обработки в ТП и необходимости деления ТП на этапы. Сведения о точности обработки поверхностей подсказывают необходимые методы окончательной обработки. Сведения о массе заготовки указывают на мощность станка и его габариты. Вывод: 1. рабочий чертеж детали позволяет выбрать методы и средства окончательной обработки, как основной поверхности, так и свободной. 2. каждая операция требует определенные методы, точности, предшествующие операции. Примечание: как правило предшествующая обработка не выполняется за одну операцию или один переход. 3. количество операций обработки основных поверхностей, методы и средства, необходимые для выполнения каждой операции описывается содержанием ТП по всем основным поверхностям детали. Примечание: справедливо и для свободных поверхностей, но в виду малой точности свободной поверхности, количество операций и ее обработки будет меньшим. Чаще всего свободная поверхность может быть получена окончательно за одну операцию. 4. Зная содержание ТП, формулируют этапы. При формулировании этапов следует знать: этап ТП представляет группу однородных операций; операции для одной и той же поверхности разнородны. Вывод: этапы ТП по основным поверхностям группируют по наибольшему числу операций. Операции для свободных поверхностей размещают на этапах процесса, после того как эти этапы выявлены по основным поверхностям, т.е. их возможно совмещать. Этапы ТП позволяют решать задачу концентрации разнородных обработок (Например, черновое точение) 10. Выбор метода получения исходной заготовки. Этапы выбора заготовки. Факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки.
Выбор заготовки является многовариантной задачей. Для экономии материалов, особенно дорогостоящих, жаропрочных, титановых, спецсплавов и с точки зрения сокращения затрат и средств на механическую обработку, целесообразно выбирать заготовки по форме размеров и точности, соответствующие параметрам готовой детали. При этом увеличиваются затраты на оснащение оборудованием и производственными площадями в заготовительном производстве. Поэтому вопрос о заготовке решается в несколько этапов: намечается несколько вариантов возможных и приемлемых для данного типа производства; рассчитываются припуски на обработку, режимы резанья и нормы времени; анализ трудоемкости и себестоимости каждого варианта; принимается решение по выбору варианта, при котором обеспечиваются минимальные затраты на механические и заготовительные производства. Факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки Материал детали, ее конфигурация и габаритные размеры; Объем выпуска изделий и тип производства. Например, отливки при малом объеме производства получаются литьем в земляную форму. При росте объема выпуска экономически целесообразно использовать литье в кокиль, в оболочковую форму, по моделям или под давлением. Получение заготовок деформированием – метод свободной ковки при малых объемах производства, штамповка, безъотбойная и изотермическая штамповка. После решения вопросов о виде заготовки и способа ее получения можно решить задачу о ее форме, которая определяется с учетом возможности и требований заготовительного процесса. Чертеж заготовки предусматривает на виде: для литых заготовок – место закладки ледниковой системы, прибыльной части, холодильника. для деформируемых сплавов – на чертеже штамповки показывают линию разъема штампа, штамповочные радиусы, уклоны для обеспечения сплошной заготовки по всему сечению и легкой вынимаемости из ручья штампа. При штамповке в несколько переходов показывают все необходимые переходы. В чертеже заготовки указывают ТУ с указанием стандарта на получение заготовки, указывают неуказанные уклоны и радиусы, группы контроля: 1 гр. – на чертеже заготовки указывают прибыльную часть для образца на механические свойства. 2 гр. – показывают схему вырезки образца из тела заготовки.
Задача формирования оптимальных операций носит многовариантный характер, и область решений можно ограничить двумя предельными случаями: каждый переход соответствует однопереходной операции ; все переходы выполняются в одной операции .
Перед началом решения задачи общую совокупность переходов распределяют на подмножества при выполнении ограничений (см. таблицу 12.1). Каждый столбец соответствует маршруту обработки поверхности изделия. В случае отсутствия того или иного перехода ячейки массива не заполняют (ставят 0).
Двойными линиями в таблице показано возможное разделение общей совокупности переходов на подмножества . Общую совокупность переходов, входящих в множество и расположенных в некоторой фиксированной последовательности, обозначают числами , которые соответствуют (кроме ) промежуточным номерам переходов; - номер последнего перехода, равный общему количеству переходов в множестве .
Необходимо распределить имеющиеся переходы по операциям так, чтобы значение целевой функции (например, себестоимости выполнения операции ) конкретного варианта было минимальным.
Образование вариантов операций начинают с объединения в операцию максимального количества переходов. Такой подход позволяет резко сократить число анализируемых вариантов .
Для сужения области поиска оптимального варианта сочетаний используют критерий отбора , который позволяет исключить из рассмотрения часть вариантов.
На первом этапе отбора выявляют технологические возможные варианты с учетом ограничений, накладываемых на последовательность обработки, минимального количества переустановок и технологических возможностей оборудования.
На следующем этапе проектирования, когда вариант сформирован для конкретной модели станка, он проверяется на условие выполнения ограничений по точности обработки и шероховатости поверхности.
Если вариант выполнен, вычисляется соответствующая ему величина целевой функции. Расчет продолжается до тех пор, пока все переходы не будут распределены по операциям и не будет найдено значение целевой функции. Когда получат результаты расчетов по двум шагам (итерациям), их необходимо сравнить и выбрать лучший. Если последний вариант хуже предпоследнего, то на основании правила доминирования расчет прекращают.
| № Обрабатываемой поверхности изделия | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | … | 1 | … | n | … | … | … | … | … | … |
| 11 | 12 | … | i | … | 1n | 1 | 1 | … | 0 | … | 1 |
| 21 | 22 | … | 2i | … | 2n | … | … | … | … | … | … |
| … | … | … | … | … | … | M | 0 | … | m | … | m |
| K1 | k2 | … | ki | … | kn | P | 0 | … | Pi | … | Pn |
В случае улучшения варианта расчет продолжают до получения оптимального. Тогда на месте худшего формируют новый вариант. Правило доминирования заключается в том, что дальнейшее уменьшение количества переходов в операции приводит к увеличению количества операций и росту затрат времени и технологической себестоимости обработки. Варианты формирования операций обработки по изложенной методике оценивают по приведенным затратам. Таким образом, если известен технологический маршрут обработки детали, то возможна его корректировка по составу и содержанию отдельных операций, а также по виду используемого оборудования.
12.3. Общий алгоритм проектирования операционной технологии
Рассмотрим общий алгоритм проектирования операционной технологии .
В соответствии с характером решаемых задач и структурой критерия оптимальности проектирования синтез технологических операций расчленяется на четыре составные части (рис. 12.1). В первой определяются наиболее рациональные форма, припуски, допуски и межоперационные размеры изделия, поступившего на операцию, т. е. состояние .
Вторая часть алгоритмов связана с выбором элементов системы обработки поверхности изделия (модели оборудования, приспособления, основного, вспомогательного и измерительного инструментов) и пространственной компоновкой инструментальной наладки оборудования.
Рис. 12.1.
Алгоритмы третьей части осуществляют синтез временной структуры операции , т. е. уточняют состав переходов, определяют порядок их выполнения и характер совмещения во времени.
В четвертую часть входят алгоритмы определения параметров и технико-экономических характеристик операции .
Для простых операций ряд алгоритмов может отсутствовать. Например, в однопереходной операции алгоритм определения последовательности выполнения переходов опускается, а в некоторых операциях не нужны алгоритмы формирования инструментальных наладок и распределения переходов по позициям. Эти особенности учитываются при установлении структурного состава алгоритмов проектирования конкретных операций. Управляющим алгоритмом из общей схемы исключаются или добавляются те или иные алгоритмы в зависимости от назначения и целей, достигаемых в каждом конкретном случае.
Результатом автоматизированного проектирования является индивидуальный ТП, оформленный в виде маршрутной карты, в которой содержатся сведения о порядке выполнения операций и переходов, об оборудовании и оснастке, о режимах отдельных технологических операций и ряд других сведений, используемых для организации изготовления РЭА.
Итак, мы рассмотрели три уровня для автоматизированных систем проектирования ТП:
- проектирование принципиальной схемы;
- проектирование технологического маршрута;
- проектирование операционной технологии .
Процесс проектирования идет от уровня к уровню и на каждом уровне является итерационным с накоплением опыта, обобщением и корректировкой на каждом уровне (рис. 12.2).
Эти результаты можно использовать для разработки типовых, групповых алгоритмов и технологических процессов-аналогов.
Операцией " обобщение " накопленного опыта из числа ранее спроектированных ТП формируются типовые проектные решения, типовые и групповые алгоритмы. Улучшается значение эвристических критериев самоотбора, совершенствуются структура и параметры алгоритмов синтеза, анализа и оптимизации. Обобщение накопленного опыта проводится в режиме человеко-машинного проектирования с оперативным отображением процессов-аналогов на экраны дисплеев.
В результате обучения и самообучения алгоритмы синтеза проектных решений и эвристические критерии промежуточного самоотбора становятся более эффективными. Вместо генерирования большого числа возможных вариантов - целенаправленно, с учетом положительного прошлого опыта синтезируется меньшее количество наиболее перспективных проектных решений (вариантов). За счет улучшения значений эвристических критериев в процессе самообучения на каждой промежуточной стадии отбирается для дальнейшего проектирования меньшее, чем прежде, число наиболее рациональных вариантов улучшение исходного варианта до требуемой степени совершенства.
На основании анализа конструкторско-технологической документации в процессе разработки алгоритмов проектирования создают фонд информации для автоматизированного проектирования ТП изготовления элементов РЭС; этот фонд дополняют в процессе функционирования САПР .
Контрольные вопросы и упражнения
- Что включает в себя операционная технология?
- Что необходимо знать для построения операции?
- Что включает в себя спроектированный с помощью ЭВМ маршрут?
- Какие факторы оказывают влияние на построение операций?
- Что входит в задачу формирования оптимальной операции?
- Какие исходные данные используются при проектировании с помощью ЭВМ ТП?
- Что является технологическими ограничениями , определяющими допустимые варианты ТП изготовления на предприятии?
- Чем определяется структура технологической операции?
- Как определяется число переходов в операции?
- Назовите технологические ограничения, определяющие допустимые варианты ТП изготовления на предприятии.
