Файл: Основы автоматизации проектирования технологических процессов.pptx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 35
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Оптимизация технологических процессов
Задачи проектирования технологических процессов (ТП) являются многовариантными.
К многовариантным относятся, например, задачи выбора технологического маршрута, оборудования, содержания операций, последовательности рабочих и холостых ходов инструмента, режущего инструмента, режимов резания и т.д.
В разрабатываемом ТП число возможных комбинаций переходов, схем базирования, методов обработки и компоновок операций даже для простых деталей значительно, а для более сложных возрастает чрезвычайно..
Разные варианты ТП изготовления одной и той же детали вследствие различий в структуре, применяемом оборудовании, инструменте, режимах резания и т.д. имеют различные выходные показатели: производительность, себестоимость, расход металла, загрузку оборудования и др.
Оптимизация технологических процессов
Различают три вида оптимизации ТП:
1. Структурную.
2. Параметрическую.
- Структурно - параметрическую.
Структурная оптимизация - это определение оптимальной структуры ТП (вида заготовки, технологического маршрута, модели оборудования, типоразмера инструмента и т.д.).
Параметрическая оптимизация ТП, заключается в расчете оптимальных припусков, операционных размеров размеров, режимов резания.
Структурно - параметрическая оптимизация представляет собой комбинацию двух первых.
Структурная оптимизация
технологических процессов
Структурная оптимизация рассматривает последовательно каждую задачу технологического проектирования (выбор технологического маршрута, оборудования, содержания операций и технологической оснастки. Таким образом, весь процесс проектирования расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней.
Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. В результате проектирования на всех уровнях образуется граф допустимых вариантов ТП, отвечающих заданным условиям.
Структурная оптимизация
технологических процессов
D= 50 H7
Прокат
Поковка
Сверлить
Зенкеровать
Расточить
Протянуть
Вырубить
Расточить
Развернуть
Зенкеровать
Расточить
Шлифовать
Протянуть
Расточить
Развернуть
Шлифовать
Структурная оптимизация
технологических процессов
0
1
2
1.1
2.1
1.1.2
2.2
1.2
1.1.3
1.1.1
1.1.4
2.2.2
2.2.3
2.2.1
2.2.4
С1
С1.2
С2
С2.2
С2.2.4
С2.2.3
С2.2.1
С2.1
С1.1
С2.2.2
С1.1.4
С1.1.3
С1.1.1
С1.1.2
min
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Задача параметрической оптимизации технологических переходов заключается в определении оптимальных режимов резания, которые обеспечивают минимальные издержки производства при механической обработке резанием заготовок деталей машин.
Автоматизация задачи определения оптимальных режимов резания состоит из следующих этапов:
1. Постановка задачи параметрической оптимизации технологических переходов;
2. Составление функциональной модели процесса резания;
3. Определение содержания информационного обеспечения процедуры параметрической оптимизации;
4. Выбор метода решения задачи и составление схемы алгоритма;
5. Программирование процедуры оптимизации.
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Выбор критерия оптимизации
На первом этапе постановки задачи параметрической оптимизации необходимо определить критерий оптимизации.
При решении задачи определения оптимальных режимов резания в качестве критерия оптимизации могут быть исполь-зованы технические и экономические критерии. Наиболее простыми для расчета являются технические критерии оптимизации. Например, при известном экономически выгодном периоде стойкости инструмента в качестве критерия оптими-зации может быть использовано основное время tо выполнения технологического перехода. В этом случае целевая функция будет иметь очень простой вид
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Выбор критерия оптимизации
Принимая во внимание, весьма динамичное изменение цен на оборудование, технологическую оснастку, различные виды энергии и рабочую силу наиболее объективными следует считать экономические критерии. При определении оптимальных режимов резания в качестве экономического критерия параметрической оптимизации может быть использована технологическая себестоимость перехода СТ, которая может быть определена по следующему уравнению
где Сс.ч. – стоимость станко-часа в руб.;
k – количество технологических переходов, выполненных за период стойкости инструмента;
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
На втором этапе постановки задачи параметрической оптимизации необходимо определить состав ограничений, которые определяются техническими требованиями, предъявляемыми к обработанной поверхности и характеристиками элементов технологической системы:
1 Станок
2 Приспособление
3 Инструмент
4 Деталь
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
При постановке задачи оптимизации режимов резания технические характеристики металлорежущего станка могут определять следующие ограничения.
Для станков со ступенчатым регулированием скорости вращения шпинделя искомое оптимальное значение частоты вращения шпинделя может принадлежать упорядоченному множеству ряда частот вращения шпинделя {n1, n2, … , nk}. Это ограничение может быть задано в следующем виде
где ni – искомая оптимальная частота вращения шпинделя станка;
k – количество ступеней частоты вращения шпинделя станка.
Аналогичным образом может быть задано ограничение по ступенчатому ряду {S1, S2, … , Sm} продольных или поперечных подач
где Si – искомая оптимальная подача станка;
m – количество ступеней подач станка.
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
При бесступенчатом регулировании привода шпинделя и подачи эта же система ограничений будет иметь следующий вид
где nmin, nmax – соответственно минимальное и максимальное значения частоты вращения шпинделя станка, определяющие диапазон регулирования;
Smin, Smax - соответственно минимальное и максимальное значения подачи, определяющие диапазон регулирования продольных или поперечных подач станка;
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
Некоторые модели металлорежущих станков с ЧПУ имеют различные способы регулирования привода шпинделя и подачи. Например, скорость вращения шпинделя может регулироваться ступенчато, а привод подачи бесступенчато.
Такая комбинация способов регулирования основных движений станка требует задания ограничений следующего вида
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
При черновой, предварительной обработке поверхностей могут быть заданы ограничения по допустимым нагрузкам на различные механизмы и узлы станка, например, усилие допустимое механизмом продольной подачи станка
где Px – составляющая силы резания в направлении продольной подачи;
Pп.п. – усилие, допустимое механизмом продольной подачи станка .
При параметрической оптимизации технологических переходов сверления отверстий необходимо учитывать ограничение по осевому усилию на шпиндель станка. Это ограничение может быть задано следующим образом
где Py – составляющая силы резания в направлении подачи;
Po. – нагрузка, допустимая на шпиндель станка в осевом направлении или на механизм подачи.
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
При предварительной обработке заготовок необходимо учитывать ограничение по мощности привода шпинделя станка
где N р – мощность затрачиваемая на резание;
Nпр – мощность привода главного движения станка;
η – КПД привода шпинделя станка
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
Эксплуатационные характеристики второго элемента технологичес-кой системы - станочного приспособления необходимо учитывать при опти-мизации процессов резания связанных с удалением значительных припус-ков. Например, при предварительном точении заготовок установленных в центрах, один из которых является поводковым необходимо учитывать ограничение по предельно допустимому крутящему моменту Мк.д.
где Мк.р. – крутящий момент, создаваемый главной составляющей Pz силы резания;
Мк.д. – предельный крутящий момент, передаваемый поводковым центром.
При чистовом точении поверхностей или при точении заготовок небольших размеров, закрепленных в трехкулачковом самоцентри-рующемся патроне, может быть задано ограничение по предельно допусти-мой частоте вращения токарного патрона
где nт.п.max – предельно допустимая частота вращения токарного патрона.
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
Третий компонент технологической системы – режущий инструмент, может определять в общем случае следующую группу ограничений.
Ограничение по периоду стойкости инструмента
где T - период стойкости инструмента, который соответствует оптимальной комбинации ni , Sj;
Tэ - экономически рациональный период стойкости инструмента.
Для учёта возможного диапазона скоростей резания характерных для данного инструментального материала целесообразно задать следующие ограничения.
Ограничение по скорости резания, при которой начинается процесс наростообразования
где Vi – оптимальное значение скорости резания
Vn - скорость резания, при которой начинается процесс наростообразования.
Параметрическая оптимизация
технологических процессов
Определение ограничений по техническим требованиям, предъявляемым к обработанной поверхности и характеристикам
элементов технологической системы
Ограничение по скорости резания, соответствующей красностойкости инструментального материала
где Vk- скорость резания, соответствующая красностойкости инструментального материала.
При обработке поверхностей заготовок с большими глубинами резания необходимо учитывать ограничения связанные с прочностью режущего инструмента.