Проектирование технологических операций механообработки в системе планирования технологических процессов

УДК 621.791.03-52

П.Ю. Бочкарев, В.В. Шалунов, Л.Г. Бокова ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНООБРАБОТКИ В СИСТЕМЕ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Представлено описание процесса проектирования технологических операций в разрабатываемой авторами системе планирования технологических процессов, позволяющей учитывать особенности многономенклатурного технологического производства и реально складывающуюся производственную ситуацию.

Технологический процесс, механообработка, технологическая операция, система планирования.

P.Yu. Bochkaryov, V.V. Shalunov, L.G. Bokova MACHINING TECHNOLOGICAL OPERATIONS DESIGNING WITHIN THE SYSTEM OF TECHNOLOGICAL OPERATIONS PLANNING

The description of the process of designing of technological operations within the system of planning of technological processes permitting to take into account features of technological productions and realities of industrial and productions situation are presented here.

Technological process, maching, technological operation, system of planning.

Проектирование технологических процессов механообработки остается до сих пор одним из самых слабых звеньев в системах автоматизированного проектирования и технологической подготовки производств. Особенно это актуально в случаях разработки техпроцессов для серийных и мелкосерийных производств, которые преобладают сейчас в машиностроении. Существующие системы используют для проектирования методы разработки технологических процессов, не в полной мере позволяющие учесть особенности конкретной производственной системы, либо предлагают технологу проектирование технологического процесса в диалоговом режиме, когда система выступает в качестве автоматизированного справочника и является средством оформления технологической документации для разрабатываемого процесса.

Разрабатываемая система планирования технологических процессов [1, 2], общая схема которой представлена на рис. 1, основана на применении концепции гибких технологических процессов [3], позволяет учитывать особенности многономенклатурного технологического производства и реально складывающуюся производственную ситуацию. Система планирования состоит из двух страт: реализации технологических процессов и проектирования технологических процессов. В качестве входной информации на страту 2 (проектирование ТП) поступают данные об обрабатываемых деталях, технологических характеристиках и степени готовности производственной системы. На выходе - разработанные варианты ТП и

наиболее эффективный из них, который поступает в качестве управляющего алгоритма работы производственной системы. На страту 1 (реализация ТП) поступает информация об изменении производственной ситуации, которая после преобразования в качестве обратной связи поступает в страту 2. Выходная информация со страты 1 представляется в виде показателей, определяющих эффективность реализации ТП и работы производственной системы.

В рамках страты проектирования ТП выделены шесть эшелонов:

1. Разработка принципиальной схемы обработки элементарных поверхностей деталей является непременным первоначальным этапом создания ТП, на котором определяются возможные схемы обработки каждой элементарной поверхности изготавливаемых деталей. Построение модели строится на анализе конструктивных характеристик деталей и методов обработки, заложенных в действующей производственной системе.

2. Определение рационального объединения обработки элементарных поверхностей деталей в технологические операции основано на учете основных правил формирования маршрутов ТП. На основании данных о точностных характеристиках технологического оборудования, номенклатуре средств технологического оборудования, а также требований к концентрации операций производится определение вариантов группирования технологических переходов в операцию.

3. Выбор состава технологического оборудования строится с учетом соответствия основному критерию эффективности функционирования производственной системы - минимизации времени изготовления всего комплекта деталей.

Рис. 1. Общая схема организации планирования ТП

4. С выбора средств технологического оснащения проектирование идет на уровне технологической операции. Определяется номенклатура приспособлений, вспомогательного, режущего и мерительного инструмента, которая позволяет сократить затраты на переналадку оборудования при изготовлении заданного комплекта деталей.

5. Определение рациональной структуры и оптимальных параметров технологических операций включает выработку вопросов, касающихся последовательности выполнения технологических переходов и оптимизации режимов резания.

6. Формирование УП включает ряд дополнительных действий, в частности, оптимизацию вспомогательных перемещений и непосредственно разработку УП.

Первым этапом при проектировании технологических процессов в системе планирования ТП является этап разработки принципиальных схем обработки элементарных поверхностей. Этот этап является одним из наиболее важных в системе планирования ТП, поскольку решения, полученные на нем, используются на дальнейших этапах проектирования и их

эффективность и правильность существенно влияют на эффективность функционирования всей системы планирования в целом.

Для формирования схем обработки деталь разбивается на элементарные поверхности (рис. 2). Для каждой элементарной поверхности все возможные последовательности технологических переходов формируются с помощью рекурсивной процедуры поиска в базе данных по технологическим возможностям оборудования.

Чертеж детали

Для представления в базе данных деталь разбивается на элементарные поверхности

1. Торец наружный

2. Фаска наружная

3. Наружная цилиндрическая поверхность

4. Фаска наружная

5. Торец наружный

6. Торец наружный

7. Кольцевая канавка на торце

8. Фаска наружная

9. Фаска внутренняя

10. Фаска внутренняя

11. Внутренняя цилиндрическая поверхность

12. Фаска внутренняя

13. Торец наружный

14. Фаска наружная

15. Кольцевая канавка на торце

16. Фаска внутренняя

Рис. 2. Пример разбиения детали на элементарные поверхности

На данном этапе системы планирования ТП закладываются положения, которые определяют соответствие создаваемых с ее использованием ТП свойству, характеризующему однородность структуры ТП при изготовлении изделий с различными конструктивными признаками и характеристиками. Наличие этого свойства обеспечивает возможность построения ТП отвечающим требованиям высокой взаимозаменяемости различных составных частей и элементов ТП, свойству инвариантности структуры. В соответствии с этим свойством при выборе рациональных последовательностей технологических переходов из сформированного множества используются два количественных критерия [3]: однородности ТП по применяемым методам изготовления изделий и однотипности используемых технологических переходов. Также наряду с представленными показателями во внимание принимаются и временные характеристики реализации технологических переходов и, следовательно, технологического процесса.

На первом этапе в базу данных по изделиям были внесены данные по номенклатуре деталей. Занесение данных о детали включает следующие этапы: занесение общих сведений о детали, ввод данных об элементарных поверхностях, составляющих деталь, занесение информации о требованиях к отклонениям от геометрической формы, ввод данных о размер-

ных связях между элементарными поверхностями, занесение информации о требованиях к взаимному расположению элементарных поверхностей.

На втором этапе в базу данных по используемым заготовкам вносятся данные по номенклатуре применяемых заготовок. Занесение данных о детали включает следующие этапы: занесение общих сведений о заготовке, ввод данных об элементарных поверхностях, составляющих заготовку, занесение информации о требованиях к отклонениям от геометрической формы, ввод данных о размерных связях между элементарными поверхностями, занесение информации о требованиях к взаимному расположению элементарных поверхностей.

На третьем этапе в базу данных по возможностям технологического оборудования заносится информация об оборудовании, установленном в цехе, и его технологических характеристиках. В качестве данных о возможностях технологического оборудования выступают: типы и модели установленных станков, применяемые установочно-зажимные приспособления, характеристики технологических переходов, выполняемых при использовании схем базирования.

На четвертом этапе происходит генерация схем обработки элементарных поверхностей для выбранной номенклатуры деталей на основе методики, алгоритмов и информации, занесенной в базу данных по производственному участку.

На пятом этапе из сгенерированных вариантов последовательностей технологических переходов для обработки элементарных поверхностей деталей, на основе предложенных в работе критериев и алгоритмов отбираются наиболее оптимальные для реализации в выбранном производственном цехе.

В соответствии с методикой занесения информации о детали, разбиваем деталь «Мера установочная наружного диаметра» на составляющие ее элементарные поверхности.

На рис. 2 представлен чертеж детали «Мера установочная наружного диаметра» и дано разбиение ее на элементарные поверхности.

Данные, характеризующие элементарные поверхности, составляющие деталь «Мера установочная наружного диаметра, показаны на рис. 3.

Рис. 3. Данные об элементарных поверхностях детали

Далее в соответствии с методикой заносим данные, характеризующие каждую элементарную поверхность: характеристики поверхностного слоя, использование поверхности в качестве конструкторской базы, размерные характеристики поверхности, требования к отклонениям от геометрической формы, размерные связи элементарной поверхности с другими элементарными поверхностями посредством технологических требований на деталь, требования к взаимному расположению элементарной поверхности относительно других элементарных поверхностей детали.

В результате были сгенерированы последовательности технологических переходов обработки поверхностей деталей из выбранной группы. Затем был произведен выбор рациональных вариантов по предложенным критериям. На рис. 4 представлены фрагменты полученных вариантов схем обработки для наружной цилиндрической и внутренней резьбовой поверхностей детали «Гайка к оправке шлифовального круга» с цветовой маркировкой, показывающей отсев нерациональных вариантов по применяемым критериям.

4. Сформированные варианты схем обработки наружной цилиндрической поверхности детали «Гайка к оправке шлифовального круга»: варианты схем обработки, отброшенные на основе критерия интенсивности достижения требуемых показателей качества поверхности; варианты схем обработки, отброшенные на основе показателя однородности ТП по применяемым методам обработки;

рациональные варианты схем обработки, выбранные на основе использования всех критериев

Проектирование технологических операций является наиболее трудоемким этапом создания ТП, включающим разработку содержания и состава операций, направленных на выполнение различных видов работ по обработке поверхностей заготовки. Под содержанием операции понимается определенная последовательность переходов обработки того или иного количества поверхностей на определенном рабочем месте. Решения, принимаемые по содержанию операции, могут быть неоднозначными, что приводит к необходимости решения многовариантных задач.

На стадии разработки маршрутных ТП [2] представлены модели для определения рациональных вариантов состава технологических операций для каждой обрабатываемой детали, результаты проектирования оформляются в виде кортежей технологических переходов.

Рис.  -

Описание кортежа технологических переходов, помимо перечисления используемых технологических переходов, включает указание на применяемую в рамках данной технологической операции базовую поверхность (комплект базовых поверхностей).

Таким образом, по сравнению с традиционными методиками в предлагаемой системе происходит перераспределение решаемых задач по стадиям проектирования. Это послужило основанием для корректировки общей последовательности проектирования технологических операций и позволило описать алгоритм проектирования операционных ТП в следующем порядке:

1. Определение возможных и выбор рациональных видов и типоразмеров средств технологического оснащения технологических операций (установочно-зажимные приспособления, вспомогательный и режущий инструмент и т. д.) с учетом всей заданной номенклатуры обрабатываемых деталей.

2. Формирование допустимых вариантов структуры, определение последовательности выполнения переходов и выбор рациональной структуры технологических операций.

3. Проектирование технологических переходов, включающее выполнение проектных процедур по назначению режимов реализации переходов, уточнению технологических размеров.

4. Расчет времени выполнения переходов и оптимизация вспомогательных приемов в операции.

5. Разработка и оформление в виде программных продуктов или документации управляющих программ для станков с ЧПУ, схем наладок, технологических карт и т.д.

Выбор рациональной структуры теки о логической операции

Определение области допустимых значений режимов реализации переходов

Возможна ли реализация технологической операции по данной схеме,.

Оптимизация вспомогательных приемов в операции

Разработка УП и технологической документации

Рис. 5. Последовательность проектирования технологических операций в системе планирования ТП

В описанной последовательности связь между элементами, составляющими процесс проектирования технологической операции, не носит чисто линейный характер от предшествующей стадии к последующей, а имеет скорее циклическую основу, заключающуюся в возможности возврата на ранний этап проектирования в случае получения неудовлетворительного результата на последующих этапах. Исходными данными для его реализации служат:

• информация об обрабатываемых деталях;

• информация о принятых технологических решениях на этапах, предшествующих разработке операционной технологии (сведения о кортежах технологических переходов, характеристики поверхностного слоя поверхностей деталей между технологическими операциями по ходу ТП, технологические размеры);

• информация о технологическом оборудовании (характеристика обрабатываемого оборудования и средств технологического оснащения);

• нормативно-справочная информация.

Характерной особенностью представленного на рис. 5 алгоритма является то, что на этапе выбора рациональных видов и типоразмеров средств технологического оснащения анализ ведется для всей запланированной для обработки номенклатуры деталей на каждом виде оборудования. На последующих этапах возможно независимое проектирование по операциям, что обеспечивает без потери уровня принимаемых решений параллельное протекание процесса разработки технологических операций, значительно сокращая время автоматизированного проектирования ТП. В зависимости от вида технологической операции объем и глубина разработок на всех этапах могут быть существенно различны.

В настоящее время разработаны математические модели и программное обеспечение создания операционных технологий, реализующие последовательную, параллельную одно- и многоинструментальную обработку для токарной и шлифовальной групп оборудования, что позволит сократить сроки и повысить качество проектных решений путем обеспечения автоматизированного проектирования маршрутной и операционной технологии изготовления деталей типа тел вращения в многономенклатурных производственных системах механообработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бочкарев П.Ю. Планирование технологических процессов в условиях многономенклатурных механообрабатывающих систем. Теоретические основы разработки подсистем планирования маршрутов технологических операций: учеб. пособие / П.Ю. Бочкарев, А Н. Васин. Саратов: СГТУ, 2004. 136 с.

2. Бочкарев П.Ю. Планирование технологических процессов в условиях многономенклатурных механообрабатывающих систем. Теоретические основы разработки подсистем планирования технологических операций: учеб. пособие / П.Ю. Бочкарев, А.Н. Васин. Саратов: СГТУ, 2004. 74 с.

3. Королев А.В. Совершенствование методов проектирования технологических процессов в ГАП: обзор. информ. / А.В. Королев, В.В. Болкунов. М.: ВНИИТЭМР, 1989. 60 с.

Бочкарев Петр Юрьевич - Bochkaryov Pyotr Yuryevich -

доктор технических наук, профессор, заведующий Doctor Technical Sciences, кафедрой «Проектирование технических Professor, Head of the Department

и технологических комплексов» of «Designing of Technical

Саратовского государственного and Technological Complexes»

технического университета of Saratov State Technical University

Шалунов Вячеслав Викторович - Shalunov Vyacheslav Viktorovich -

ассистент кафедры «Проектирование Junior teaching and research staff member

технических и технологических комплексов» of the Department of «Designing

Саратовского государственного технического университета

Бокова Лариса Геннадьевна -

ассистент кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета

of Technical and Technological Complexes» of Saratov State Technical University

Bokova Larisa Gennadyevna -

Junior teaching and research staff member of the Department of «Designing of Technical and Technological Complexes» of Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 01.06.09, принята к опубликованию 17.07.09