Автоматизация выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 65.011.56

Автоматизация выбора инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей

А.В. Аверченков,

А.А. Мартыненко,

М.В. Терехов

Рассмотрены вопросы автоматизации выбора оптимальной инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей. Описана разработанная советующая система для автоматизации выбора оптимальной инструментальной стратегии обработки элементарных поверхностей. поверхность шероховатость автоматизация

Ключевые слова: инструментальная стратегия обработки, режимы резания, элементарная поверхность, советующая система, автоматизация выбора.

Выбор стратегии обработки детали на современном высокотехнологичном оборудовании с применением новых видов инструмента является важнейшей задачей, так как этот критерий напрямую влияет на себестоимость детали. Определяющими показателями при выборе стратегии обработки являются машинное время, время переналадки, стоимость инструмента в перерасчете на одну деталь, возможность обеспечения требований точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, гибкость производства и т.д.[1].

Стратегия обработки элементарной поверхности может пониматься двояко: с одной стороны, как последовательность обработки металлорежущим инструментом (инструментальная стратегия), а с другой - как траектории движения инструмента при обработке (кинематическая стратегия)[2]. В статье рассматривается инструментальная стратегия обработки поверхностей деталей (в табл. 1 для примера приведены некоторые инструментальные стратегии обработки осевого отверстия втулки).

Инструментальная стратегия обработки заключается в выборе оборудования и инструмента, назначении режимов резания. При любой стратегии обработки элементарной поверхности можно использовать как инструмент производства России, так и инструмент иностранных производителей. При использовании инструмента отечественного производства возможно добиться снижения затрат на инструмент, но при этом затраты на инструмент в пересчете на одну деталь могут оказаться выше, чем у дорогого импортного инструмента (также возможны проблемы с достижением требуемого качества обрабатываемых поверхностей). Иностранный инструмент гораздо дороже, но за счет высокой износостойкости он позволяет получать в серийном производстве высококачественные детали при снижении их себестоимости.

Научная проблема выбора инструментальной стратегии обработки возникла сравнительно недавно, с появлением широкого ассортимента импортного инструмента с новыми возможностями. В отечественной науке этому вопросу уделялось мало внимания ввиду ограниченного выбора инструмента. Главный вопрос проводимого исследования: при какой инструментальной стратегии обработки себестоимость детали будет минимальна? На ответ влияет целый ряд факторов:

- материал заготовки;

- серийность;

- качество поверхности и точность;

- тип конструкторско-технологического элемента (КТЭ) и его размеры;

- наличие в детали схожих конструкторско-технологических элементов;

- размеры и масса детали;

- жесткость системы СПИД (технологической системы);

- возможности технологического оборудования;

- характеристики инструмента и режимы резания;

- стоимость инструмента и нормо-часа и др.

Таблица 1. Возможные инструментальные стратегии обработки осевого отверстия втулки (диаметр - 30 мм, длина - 80 мм, точность - 8-й квалитет, шероховатость - Rа 1,6, материал - сталь 40).

Таким образом, научное исследование, направленное на выбор наилучшей инструментальной стратегии обработки КТЭ деталей, является актуальным и необходимым.

Исходные данные ID для выбора стратегии обработки можно описать в виде набора

где - технические условия; - параметры детали.

Технические условия описываем следующей зависимостью:

где - возможности технологического оборудования; - возможности металлообрабатывающего инструмента; - серийность; - жесткость технологической системы.

Возможности технологического оборудования представим в виде [3]

где - тип станка; - операции, доступные для выполнения на станке; - мощность станка; - максимальная частота вращения шпинделя; - рабочее перемещение по оси x (максимальный диаметр обработки); - рабочее перемещение по оси z (максимальная длина обработки); - рабочее перемещение по оси y; - дистанция между центрами;

- количество инструментальных мест; - максимальный диаметр инструмента; - максимальная длина инструмента; - типоразмеры инструмента; - максимальная нагрузка на стол; - точность позиционирования; - наличие у станка шпинделя с подводом смазочно-охлаждающей жидкости; - стоимость машино-часа.

Металлообрабатывающие инструменты, применяемые в обработке, можно описать следующим набором параметров:

- инструмент для наружного точения:

где - установочные размеры; - стойкость пластины; - стоимость корпуса; - стоимость пластины; - операции; - достигаемый квалитет точности; - достигаемая шероховатость поверхности; - допустимые параметры отклонений от правильной формы; - скорость резания; - подача; - глубина резания; - тип охлаждения.

- монолитные фрезы и фрезы со сменными пластинами:

где - установочные размеры; - стойкость пластины или монолитной фрезы; - стоимость корпуса; - стоимость пластины; - операции; - достигаемый квалитет точности; - достигаемая шероховатость поверхности; - допустимые параметры отклонений от правильной формы; - скорость резания; - подача на зуб; - подача на оборот; - минутная подача; - частота вращения; - глубина резания; - тип охлаждения.

Также для обработки применяются монолитные сверла и сверла со сменными пластинами, резьбовые резцы, резьбофрезы, метчики.

Операции могут принимать следующие значения:

Серийность может принимать следующие значения:

Жесткость технологической системы может принимать следующие значения:

Параметры детали описываем следующим образом:

где - модель детали; - параметры заготовки.

Модель детали , как и любая модель, включает два основных компонента: множество объектов и множество отношений между ними:

где - множество КТЭ; - множество отношений между ними.

Параметры заготовки описываем с помощью следующих объектов:

где - материал заготовки; - точность получения заготовки.

Получаемые критерии рассматриваемых стратегий обработки можно описать в виде набора

где - машинное время; - время смены инструмента; - стоимость инструмента в перерасчете на одну деталь; - затраты на обработку элементарной поверхности при данной стратегии обработки; - время на обработку элементарной поверхности при данной стратегии обработки.

Рекомендовать стратегию обработки конкретной элементарной поверхности может опытный технолог или эксперт в данной области. К сожалению, не всегда имеется возможность использовать знания таких специалистов. Альтернативой знаниям эксперта может быть советующая система по выбору инструментальной стратегии обработки, которая на основе математического аппарата будет выбирать стратегии обработки по ряду критериев, заданных пользователем [5].

Под советующей системой понимается программный продукт, отражающий знания специалиста-профессионала, его навыки и опыт, используемый в процессе выдачи пользователю совета-решения.

Для более простой разработки алгоритмов работы системы, ее создания, отладки и модификации были выделены относительно независимые фрагменты системы.

В ходе исследования была разработана структурно-функциональная схема, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема советующей системы

Разработанная советующая система состоит:

- из подсистемы ввода данных, включающей выбор конструкторско-технологического элемента, выбор заготовки и ее параметров, ввод параметров КТЭ;

- подсистемы анализа, включающей выбор стратегии обработки, выбор станка и металлорежущих инструментов;

- подсистемы расчета и выводов, включающей определение режимов резания, затрат на инструмент в перерасчете на один КТЭ, затрат и времени на обработку КТЭ [4];

- базы данных.

Подсистема ввода данных отвечает за корректный ввод оценок экспертов, взаимосвязей и построение запроса пользователем.

В подсистеме анализа реализованы математические модели и алгоритмы обработки экспертных оценок, расчета весов экспертов.

В подсистеме расчета и выводов формируются запросы в подсистему анализа, данные для вывода и отчеты для предоставления пользователю.

База данных содержит все необходимые сведения, а также предоставляет возможность редактирования и дальнейшего наполнения.

Результатами работы системы являются необходимые данные об инструментальной стратегии обработки конструкторско-технологического элемента, рекомендуемых инструментах, режимах резания, а также предварительный расчет времени и стоимости обработки.

Советующая система для выбора стратегии обработки элементарных поверхностей детали включает в себя ряд элементарных таблиц, взаимосвязанных между собой.

Условно все таблицы можно разделить на 4 группы:

1) таблицы с информацией о технологическом оборудовании;

2) таблицы материалов и их свойств;

3) таблицы с информацией о металлообрабатывающем инструменте;

4) таблицы обработки КТЭ.

В табл. 2 представлены основные КТЭ деталей типа «тела вращения».

Таблица 2. Основные конструкторско-технологические элементы деталей типа «тела вращения»

Программная реализация системы была осуществлена при помощи структуры «клиент-сервер». Серверная часть реализована с использованием Microsoft SQL Server 2000 - системы управления реляционными базами данных (СУБД), а клиентская часть спроектирована при помощи системы визуального объектно-ориентированного программирования Delphi 7.

На рис. 2 представлена часть алгоритма работы советующей системы по КТЭ «Цилиндрическая ступень».

Разработанная система может быть применена как на машиностроительных предприятиях, так и в учебном процессе вузов соответствующей специализации.

Рис. 2. Фрагмент блок-схемы работы советующей системы

Список литературы

1. Аверченков, В.И. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении: монография / А.В. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. Шкаберин, Ю.М. Казаков, А.Е. Симуни, М.В. Терехов; под общ. ред. В.И. Аверченкова, А.В. Аверченкова. - Брянск: БГТУ, 2009. - 180 с.

2. Аверченков, В.И. Автоматизация выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ: монография / В.И. Аверченков, А.В. Аверченков, М.В. Терехов, Е.Ю. Кукло. - Брянск: БГТУ, 2010. - 148с.

3. Аверченков, В.И. Станки с ЧПУ в машиностроительном производстве: учеб. пособие/ В.И. Аверченков, А.А. Жолобов, Ж.А. Мрочек, А.В. Аверченков, М.В. Терехов, Л.Б. Левкина. - Брянск: БГТУ, 2010. -Ч.1.-216 с.

4. Черноруцкий, И. Г. Методы принятия решений : учеб. для вузов / И.Г. Черноруцкий. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

5. Джарратано, Дж. Экспертные системы: принципы разработки и программирование: [пер. с англ.] / Дж. Джарратано. -- М.: Вильямс, 2006. -- 1152 с.

Размещено на Allbest.ru