автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Оптимизация режимов безлюдных технологических процессов многоинструментальной механической обработки деталей

.'Г 6 од

- / ШР 2000

11а пранах рукописи

Щ)

Зотов В.ылммир Вшсюро!!!!'!

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ БЕЗЛЮДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МНОГОИНСТРУМЕНТНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

05.03.01 - Процессы механической и физико-технической. обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 1999

Работа ьыполнспа и Донском юсу дара венном техническом университете.

Защита диссертации состоится 28 декабря 1999 г. в 10 часов на заседании днссертацнониою совета Д.063.27.03 в Донском государстпенном техническом университете (344705, г. Ростов-на-Дону, ГСГ1-8, пл. Гашрииа. 1).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кранлин М.Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук.

профессор Минаков В. С. кандидат технических наук, доценг Жилин В.А.

Веду щая организация: ОАО «Красный Аксай»

Автореферат разослан__ноября 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета дли.. профессор

КбЪГ) А ПО - АП П

Актуальность. Изменение экономической ситуации выдвигает на перзый план задачи по созданию экономически эффективного производства. Их реализация невозможна без научно-обоснованного метода оптимизации основных технологических процессов. В машиностроении к таким процессам относятся процессы механической обработки деталей.

Важной технико-экономической проблемой является проблема оптимизации режимов многоинструментной обработки дорогостоящих деталей, к которым относятся детали с большой стоимостью заготовки и высокими требованиями к качеству обработанной поверхности. При обработке дорогостоящих деталей экономически наиболее эффективными являются безлюдные технологические процессы многоинструментной обработки. Они позволяют повысить качество изготовления за счет устранения ошибок и нарушений технологических режимов, повысить эффективность управления за счет уменьшения влияния человека на производственный процесс, улучшить условия труда, освободить человека от малоквалифицированного труда. Решение задачи оптимизации режимов безлюдных технологических процессов многоинструментной механической обработки дорогостоящих деталей гпляется актуальной научно-технической проблемой.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Математическое моделирование безлюдных технологических процессов многоинструментной механической обработки дорогостоящих деталей для современных видов металлорежущего оборудования.

2. Методы оптимизации режимов резания для рассматриваемых технолопгчесик процессов по критериям себестоимости и производительности.

3. Научно-обоснованный метод решения многокритериальной задачи оптимизации режимов обработки.

4. Вычислительные алгоритмы оптимизации режимов обработки и компьютерные программы для их реализации.

5. Результаты эксперимента по исследованию законов распределение времени безотказной работы инструмента, наиболее часто используемого о технологических процессах обработки дорогостоящих деталей.

6. Результаты численного анализа построенных моделей и основанные на них рекомендации инженерам практикам, проектирующим технологические процессы механической обработки дорогостоящих деталей.

П? 7ь работы. Повышение производительности и снижение себестоимости многомнсгрумснтной механической обработки дорогостоящих деталей в безлюдных технологических процессах автоматизированного производства.

Методика исследования. На базе математической теории надежности построены математические модели технологических процессов многоинструмснтальной механической обработки дорогостоящих деталей. На основании построенных моделей разработаны методы оптимизации режима обработки по критериям производительности и себестоимости, а также методы решения многокритериальной задачи оптимизации режима обработки. Проблема моделирования рассматривается в стохастической постановке.

Для исследования характера связей между параметрами технологического процесса в лабораторных и в заводских условиях проведены испытания статистических стойкостных характеристик режущего инструмента.

При анализе моделей использовались теория вероятностей, математическая теория надежности, математическая статистика, нелинейное программирование, методы классического анализа. Все вычисления проводились на компьютере.

Достоверность теоретических и практических исследований подтверждается достоверностью используемых математических методов, а также производственными экспериментами и внедрением попученных результатов в практику металлообработки.

Научная новизна. На основе

- теоретических обобщений моделей технологических процессов обработки деталей;

- учета вероятностного характера износовых отказов инструмента;

- исследование законов распределения времени безотказной работы режущего шк грумента;

- вычислительных методов оптимизации

построены математические модели безлюдных технологических процессов механической обработки лоротстоящих деталей для новейших типов современного металлорежущего оборудования и на л ой основе разработан новый эффективный метод построения алгоритмов оптимизации рсжкмоа резания для широких классов технолошческих процессов рассматриваемого типа при различных критериях оптимизации. Построенные модели допускают введение дополнительных условий и ограничений, являясь инвариантным ядром моделей рассматриваемого класса.

Практическая значимость. Разработаны и внедрены в практику металлообработки новые инженерные методики расчета оптимальных режимов резания для безлюдных технологических процессов многоннструме1Ггалы!ой механической обработки дорогостоящих деталей в автоматизированном производстве.

Разработаны и внедрены компьютерные программы для ргсчгтл оптимальных режимов проектируемых безлюдных технологических процгсс>.,и механической обработки легален н сравнительной экономической оценки вариантов технологических процессоз в альтернативных ситуациях.

Использование расчетных оптимальных режимов на операциях механической обработки обеспечивает повышение производительности п среднем на 12% и снижение себестоимости на 14,5'о.

Результаты работы могут нспользоааться в технологических и конструкторских отделах заводов, в проектных и каучно-исследовле-ьонх институтах, занимающихся проектирование стзлков и разрлоожон технологических процессов.

Теоретические и практические положения работы нашли отражение и используются о учебном и специальных курсах ДГТУ ^Обработка метал зон рг?,. ',:.ем», «Математические методы а инженерных исследованиях» м могу г бть рекомендованы к использованию п учебных курсах специальностей 05 ОЗ.ч,, и 05.02.08 высших технических учебных заведений.

??плчзп1!ип в л'ромышленкоси!. Новые поеллагаемые аптором некий расчета оптимальных режимов мегглг,обработки л ;я бе« ч-мних

технологических процессов прошли промышленное испытания в механических цехах ОАО «Ростсельмаш». Результаты положительны, подтверждают теоретические положения работы.

Апробация работы. Отдельные части работы докладывались и получили одобрение на научно-тематических конференциях ДГГУ г. Ростов н/Д и в г. Таганрог, на семинарах кафедр «Металлорежущие станки и инструмент» и «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 7 работ.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложена на 155 страницах. Список литературы содержит 112 наименований. Прилагаются рисунки, таблицы, программы ЭВМ, алгоритмы расчетов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы: обосновывается ее актуальность, научная новизна и практическая значимость. Дается информация об апробации работы, о публикациях результатов работы, о структуре диссертации.

Глава 1 посвящена обзору литературы и постановке задачи.

Проблемы, связанные с оптимизацией режимов механической обработки металлов, постоянно были- в центре внимания специалистов теории резания. Различные аспекты этой проблемы приобретали особую остроту по мере усложнения металлорежущего оборудования, технологических процессов механической обработки металлов, применения новых инструментальных материалов.

Формулы оптимизации режимов резания в детерминированной постановке задачи для одноинструментной обработка были получены в первой половине нашего столетия. Она основываются на степенной зависимости между скоростью резания и стойкость«* инструмента. На основе глубоких и чрезвычайно трудоемких исследований Комиссией по резанию были созданы «таблицы ргА'имов резания». Эю определило завершение первого этапа.

Бурное развитие многоинструментной металлообработки в 50-60 годы привлекло внимание ученых к проблеме оптимизации режимов многоинструментной обработки в детерминированной постановке задачи. Решению основных задач этой проблематики посвящено большое число работ наших и зарубежных исследователей.

Необходимость создания и внедрения в практику новых прогрессивных форм обслуживания техпроцессов обусловлена дальнейшим развитием и усложнением технологических процессов обработки металлов резанием. Использование принудительных форм замены инструмента потребовало учета вероятностного характера влияния времени безотказной работы инструмента. Исследования проблемы оптимизации режимов металлообработки в стохастической постановке задачи проводились в ЭНИИМС, в Автопроме, во ВНИИ. Совместно Мосстанкиом и межвузовской лабораторией "Оптимизации режимов резания" Северокавказского научного центра высшей школы был опубликован большой цикл работ на эту тему. Основные идеи н результаты этих работ изложены в двух монографиях Б.И. Гордиенко и М.А. Краплнна.

Одной из центральных задач последнего десятилетия является задача оптимизации режимов резания для безлюдных технологических процессов механической обработки деталей с большой стоимостью заготовки и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству обработанной поверхности. В работах Черпакова Б.И., Силина С.С., Шевченко В.Н., Хаета Г.Л., Старкова В.К и др. предложены различные подходы к решению этой задачи. В процессе решения часто вводятся дополнительные коэффициенты или ограничения, которые упрощают разработку алгоритмов оптимизации режима, но вместе с тем, либо недостаточно обоснованы, либо отражают субъективну ю точку зрения автора

До настоящего времени не разработан научно-обоснованный метод оптимизации режимов резания для безлюдных технологических процессов многоинструментной механической обработки дорогостоящих Теоретической основой такого метода может служить математическая теория надежности, наиболее эффективный современный метод математического моделирозанп*.

Задача состоит в том, чтобы

построить на базе математической теории надежности модель безлюдного технологического процесса многоинструментной механической обработки дорогостоящих деталей для современных видов металлорежущего оборудования;

> разработать для указанных процессов методы оптимизации режимов резания по критерию производительности и по критерию себестоимости;

> рассмотреть методы решения многокритериальной задачи оптимизации режима обработки;

V построить вычислительные алгоритмы и компьютерные программы для расчета оптимальных режимов резания;

V исследовать законы распределения времени безотказной работы инструмента, наиболее часто используемого в рассматриваемых технологических процессах;

> исследовать стойкостные характеристики инструмента из новых инструментальных материалов.

Решению этих задач посвящена данная работа.

В главе 2 проводится теоретическое исследование безлюдных технологических процессов обработки дорогостоящих деталей. Производится математическое моделирование указанных процессов. Строятся целевые функции оптимизации режимов обработки по критериям производительности и себестоимости. Разрабатываются алгоритмы инженерных численных расчётов режимов, оптимизирующих процесс обработки по этим критериям. Создаются соответствующие программы компьютерного счета и проводится численный анализ построенных моделей, на основе которого вырабатываются рекомендации для инженеров-практиков.

Безлюдные технологические процессы многоинструментной обработки деталей очень разнообразны по своей структуре. Метод построения математической модели в настоящей работе демонстрируется на примере безлюдного процесса многоинструментной обработки на современной автоматической линии «МАУЗЕР».

Задача ставится следующим образом.

Рассматривается многоииструментная наладка для обработки дорогостоящих деталей при высоких гребованиях к качеству обработанной поверхности. Наладка оснащена п инструментами, разделёнными на V/ классов, содержащих, соответственно, т|,ш:,...,т» инструментов. Инструменты каждого класса действуют параллельно, а сами классы действуют последовательно.

Вследствие высоких требований, предъявляемых к качеству обработанной поверхности, прерывание обработки детали до её полного окончания приводит к браку детали. По этой причине стратегия обслуживания технологического процесса предусматривает профилактическую смену инструмента, как наиболее эффективное средство предупреждения брака. Следует отметить, что профилактическая смена инструмента не только предупреждает брак, но и упорядочивает работу наладчиков, повышая эффективность их рабочею времени.

Оптимизация режима обработки, состоит в том, что на основе выбранною критерия оптимизации рассчитываются оптимальные скорости резания инструментов станка \'|,у;,...,уп и оптимальный период Т профилактической сменности инструмента станка.

Математическое моделирование рассматриваемых технологических процессов базируется на методах математической теории надёжности.

Строится функция надёжности системы инструментов станка. При заданных скоростях резания инструментов время резания ¡-го инструмента моле г быть выражено через время резания 1-го ннструмл

где

V,

К, - длина пути контакта 1-го инструмента с деталью в ппоцессе обработки. ">го даёт возможность выразить суммарное время ¡-го инструмента,

содержащееся в плановом периоде профилактической сменности инструмента Т, через суммарное время резания 1-го инструмента к записать функцию

надёжности Р(0 системы инструментов станка как функцию одного параметра I -суммарного времени резания 1-го инструмента:

При построении коэффициента готовности системы инструментов использована формула для определения математического ожидания Ц, времени безотказной работы инструмента при заданном периоде его профилактической сменности (при обработке дорогостоящих деталей). Впервые эта формула получена В. Н. Мотиным при исследовании процессов одноинструментной обработки. При ее обосновании автором сначала после сложного многостраничного вывода получено громоздкое выражение для 1ср, после чего путём упрощения полученного выражения устанавливается окончательный вид формулы. В настоящей работе впервые представлен прямой вывод указанной формулы значительно более прост, чем вывод, указанный выше.

Целевая функция оптимизации режима резания по критерию производительности имеет вид

где Тд - максимальное время резания инструментов ]-го класса параллельного действия инструментов, Н=У|1Ж|, т, - время перехода от ]-го к 0+1) - му классу параллельного действия (т„ - время, необходимое для замены детали), а - время, необходимое для замены инструмента станка.

При исследовании технологических процессов многоинструментной обработки первостепенный интерес представляет изучение влияния многоинструментност» на рел-им, производительность и себестоимость обработки дорогостоящих деталей. Наиболее чётко это влияние прослежпьается при рассмотрении процессов многоннсгрументиой обработки на станках, оснащённых одинаковым инструментом.

ч

Проведенный численным анализ математической модели многоинструментной механической обработки дорогостоящих деталей даёт представление о качественных и количественных закономерностях влияния числа инструментов на производительность при различных законах распределения времени беклказною резания инструментов.

Учитывая, что заводские технологические бюро обычно не располагают информацией о законах распределения времени безотказной работы инструментов, практические выводы, основание на приведенном численном анализе, можно сформулировать следующим образом.

Если инструмент прошёл строгую сортировку и имеет малый разброс фактических стонкостей, то при расчётах технологических процессов механической обработки дорогостоящих деталей одинаковыми (или близкими по стойкости) инструментами следует учитывать ню увеличение числа инструментов:

от 1 до 2 понижает производительность на 1 процент: от 9 до 10 понижает производительность на 0,1 процента; от 1 до 10 понижает производительность на 2,5 процента.

Если используется инструмент, не прошедший специального отбора по однородности, то увеличение числа инструментов' от 1 до 2 понижает производительность на 1,5 процента; от 9 до 10 понижает производительность на 0.5 процента; от 1 до 10 понижает производительность на 6 процентов.

Если используемый инструмент имеет большой разброс фактических стойкостей, то увеличение числа инструментов: от 1 до 2 г.ониясает производительность на 3 процента; от 9 до ¡ 0 понижает пронзг длительность ил 0,5 процента; от 1 до 10 г!огп:>.\?.ет протпгодвтелькость кэ 9,5 npoucirta.

's дгнкыс *влкготсе х^ртпсгсрным» «далскникук ¡vi езолкк р-зудьтатог« Ч:!;'ле--:1!л;-а ,»!;.vwu, nprr удим! :х i» дка сроинонной p.iivMc 1

С:ч го'пчт-одмо.: !< i -;. с з ;:с,- сг лП, "-с ы ; s.'p.; ■! м ■ " ■•!

влияние на производительность многоинструментной обработки дорогостоящих деталей. Уменьшением коэффициента вариации в три раза можно увеличить производительность на 25 процентов.

Суммарное время I, содержащееся в оптимальном периоде профилактической сменности инструмента, меньше периода стойкости инструмента 1, (при скорости резания v). Отклонение Ь величины I от и удобно выражать в единицах среднего квадратичного отклонение времени безотказного резания ст, т.е. 1=('„ - 1)/а. Оптимальный режим резания определяется не одной скоростью резания, а оптимальной парой (\',Ь). Назначая отклонение Ь произвольно, можно при той же оптимальной скорости резания потерять более 20. процентов производительности.

Целевая функция оптимизации режима резания по критерию себестоимости представляет собой приведённую себестоимость обработки в зависимости от управляющих параметров - скоростей резания и периода профилактической сменности инструмента.

В математической модели учтены четыре основные составляющие себестоимости:

с], - приведённые амортизационные расходы основного оборудования;

с]2 - приьсдённыс расходы инструмента;

с]з - приведённые расходы на заработную плату;

- приведённые потери вследствие появления брака.

Суть оптимизационной задачи в конфликтных отношениях между этими составляющими.

Повышение скорости резания увеличивает производительность и приводит к уменьшению я, (амортизационные расходы), но одновременно повышает (расход инструмента).

Увеличение периода профилактической сменности инструмента уменьшает я л (расход инструмента), но при этом увеличивается вероятность выхода инструмента из строя и увеличивается ц3 (потери от брака).

Уменьшение (расход инструмента) при понижении скорости резания ведёт к увеличению Ч) (расходы на зарплату).

Целевая функция оптимизации режима резания по критерию себестоимости имеет вид

Г „

ч

Ж Е + ] + ц + до(1-РО))

V >1 А

Н

\дет г

Ыс)

1=1

где Е - часовая заработная плата рабочего, 9 - стоимость основного оборудования, М - плановый срок окупаемости основного оборудования, ц -стоимость инструмента, Од - стоимость заготовки (остальные обозначения описаны выше).

Дано описание алгоритма численных расчётов при определении приведённой себестоимости обработки дорогостоящих деталей для заданных значений управляющих параметров, разработаны программы компьютерного счёта, проведён численный анализ построенных математических моделей.

Задача оптимизации режима металлообработки по своей природе многокритериальна. Оптимальный ре:кнм обработки должен обеспечивать наибольшую производительность и одновременно наименьшую себестоимость обработки. Однако, в сь;.зн с тем, что критерии производительности к себестоимости взаимно конфликтны, обычно разрабатывают методы оптимизации режима металлообработки по каждому из этих крите^ев б отдельности.

В диссертационной работе вперзые предлагается научно обоснованный подход к рассмотрению задачи определения оптимального режима обработки г: с к задачи многокритериальной.

Рассматривая вопрос оптимизации режимов резания, необходимо отметить, что для решения данной задачи определены по меньшей мере дка критерия - себестоимость обработки детален и производительность операции обработки.

Ранее определено, что производительность ч ял ч с гея функцией дзух переменных - скорости резания V и периода профилактической сислноста I. Функцией этих же двух переменных является и себестоимость стбра»хгггч.

Следовательно, скорость резания и период профилактической сменности являются управляющими параметрами и можно их совокупность обозначить

X =(V,t)

вектором .

Для данной задачи оптимизации необходимо получить максимальное значение функции производительности и минимальное значение функции себестоимости. Как показывают расчеты, одновременное удовлетворение обоих условий оптимизации невозможно. Поэтому необходимо определить принципы взаимодействия, сравнения критериев.

Указанные обе функции имеют различную размерность и различную направленность. Производительность измеряется количеством деталей в час и ее необходимо максимизировать, а себестоимость - рублями и ее необходимо минимизировать. Для «выравнивания» размерности критериев используем базовые значения функций

П0 = n(X0),Q0 = Q(X0), Х0 =(V0,T0)

и для «однонаправленности» критериев, введем следующие функции, определяющие критерии оптимизации:

f п„ f Q

f. = — - max, f, =--max.

1 П 2 Q0

„ X = (V,0

Допустимые варианты, определяемые 4 ', представляют собой множество Rx в двумерном пространстве альтернатив. Это пространство, определяемое значениями функций fl и f2, называется критериальным пространством. Значению точки пространства альтернатив соответствует только одно значение точки критериального пространства.

Вектор-ф\пкш:к Г=(П, (2 ( отображает Rx ь !.шох;гстко Rf. Нл рисуикс ! пр.» еден ьпд f;uu;e описанных мкожссть.

1:00

Обра »а и нож ее тел Парето

» V

V,

Рисунок 1.

Т.к. функции П и О имеют одинаковую направленность, и их следует максимизировать, то в качестве кандидатов на оптимум выбираем множество Парето (П - множество эффективных точек, множество точек, не имеющих доминирующих альтернатив). Образ множества Парето - П в критериальном пространстве Ш' является «северо-восточной границей» множества 11г.

Следует отметить, что переход от одной точки множества Парето или его образа в критериальном пространстве к другой точке приводит, грубо говоря, к улучшению одного параметра и к ухудшению другого параметра.

Выбор точки на множестве Парето может определяться ЛПР (лицом, принимающим решение) или введением некоторых дополнительных правил.

Наиболее часто применяется функция ценности, определяющая

соответствие вектору критериев г ~ 1' 2' некоторого числа <р. В качестве формулы, определяющей функцию ф, используем линейную зависимость.

ф = ^ + Х2{2 = И-

где 0<Ш1.

Если заранее неизвестны весовые коэффициенты, то предпочтение того или иного варианта обычно осуществляет ЛИР.

Однако для алгоритмизации выбора применяется так называемый «метод компромисса».

Для определения «оптимальной» точки следует определить соотношения:

f•_f Г-Г.

———!- = -2 . или Д. = Л,,

С и

где Я* и О* соответственно оптимальные значения функций по одному из критериев, т.е. выбирается точка, отвечающая одной и той же доле отсту пления от оптимума по каждому критерию (если критерии неравнозначны, можно вводить соответствующий коэффициент).

Далее приводится алгоритм расчета и пример обработки дорогостоящей детали. По результатам расчета построен образа множества Парето и определены оптимальные значения режимов резания.

Общие методы математической теории надёжности в диссертации применены к построению математической модели безлюдного технологического процесса многоинструментной обработки дорогостоящих деталей на атоматической линии многоинструментных станков. Управляющими параметрами оптимизационной задачи являются координаты вектора скоростей резания инструмента линии и содержащееся в периоде профилактической сменности инструмента суммарное время резания инструмента, обрабатывающего (при данном векторе скоростей резания) наименьшее число деталей за период его стойкости.

Одновременная профилактическая смена инструмента на всех станках линии не может быть признана рациональной по той причине, что приводит к недоработкам инструмента и, следовательно, к его перерасходу. Назначение периода сменности для каждого станка в отдельности приводит к нежелательной аритмии в рабо1е линии.

В работе предлагается метод разбиения станков линии на классы одновременной профилактической сменности инструмента таким образом, чтобы для каждою из этих классов период профилактической сменности инструмента

был кратным периоду профилактической сменности инструмента класса станков с наиболее частой сменой инструмента.

Для численной реализации разработанного в главе 2 метода расчета многоинструментной обработки дорогостоящих деталей необходим учет закона распределения времени безотказной работы наладки в зависимости от режима резания. Для этого, в свою очередь, необходимо знание основных характеристик и законов распределения времени безотказного резания наиболее характерных инструментов, используемых в технологическом процессе рассматриваемого вида.

В главе 3 изложены методика проведения эксперимента по исследованию стойкостных характеристик новых инструментальных материалов и описаны результаты эксперимента по определению зависимости стойкости, коэффициента вариации и закона распределения времени безотказной работы резцов оснащенных пластинами из марок твердого сплава МС-1460 и МС-2210 от скорости резания.

Для проведения эксперимента применялись токарные проходные резцы с механическим креплением неперетачнваемых четырехгранных пластин твердого сплава МС-1460 (Россия) и МС-2210--(Россия). Форма пластинок SNMM 12041285. Данные пластины предназначены для черновой обработки стали и стального литья. Эксперимент проводился на средних и шгзких скоростях резания, с большой подачей, при неблагоприятных условиях.

Резец токарный проходной с механическим креплением L-образным рычагом квадратных пластин. Форма PSSNR.

Механическое крепление пластин обеспечивало а=8°, у=10°, (?=<?=45л.

В экспериментах токарной обработке подвергалась заготовка цилиндрической формы диаметром 130 мм и длиной 780 мм. Исследования проводились на токарно-винторезном станке 1К62. В качестве загс го рок исполыовалась конструкционная, углеродистая качественная сталь 45, конструкционная легированная сталь 40Х, конструкционная рессорно-пружиннаа сталь 60С2

Обработка велась при подаче 0.43 им-'об и глубине ргмния I мм. Диагаюк скоростей резания от 150 до 250 м/мин.

Для определения стойкости определялось время чистого резания. Измерялась длина обработанной поверхности детали 1. Далее в зависимости от подачи Б и количества оборотов п определялось время чистого резания 1рс1.

~ Бп

Было принято, что наибольшее допустимое значение величины максимального износа режущей грани Ь равно 0,6 мм. Это связано с тем, что после наступления данной величины износа качество обработанной поверхности ухудшается. Одновременно ухудшаются и условия резания, что может привести к выходу из строя режущей грани.

Используя программу расчета параметров распределения стойкости инструмента, полученные результаты стойкости сведены в таблицы и графики.

В главе 4 описана автоматическая линия «Маузер» на которой было проведено внедрение новых инструментальных материалов и методики определения оптимальных режимов резания по критериям производительности и себестоимости. Это обеспечило повышение производительности на 12%, снижение себестоимости на 14,5%. Годовой экономический эффект составил 64, 459 тыс. руб.

Общие выводы

1.В диссертации впервые построена математическая модель безлюдного технологического процесса многоинструментной механической обработки дорогостоящих деталей (т.е., деталей с большой стоимостью заготовки и высокими требованиями к качеству обработанной поверхности) для новейших типов современного металлорежущего оборудования. Задача решалась в стохастической постановке.

2.Построена математическая модель безлюдного технологического процесса многоинструментной обработки дорогостоящих деталей на автоматической линии.

3.На базе построенных целевых функций оптимизации по критериям производительности и себестоимости разработаны эффективные методы

оптимизации режимов безлюдных технологический процессов многоннструментной обработки Дорогостоящих деталей.

4.Показано, что в безлюдном технологическом процессе многоннструментной обработки дорогостоящих деталей производительность на экономическом режиме более, чем в три раза, уменьшается по сравнению с ее значением на производительном режиме.

5.Впервые предложен научно-обоснованный метод решения многокритериальной задачи оптимизации режима многоннструментной обработки.

6.Для качественной и количественной оценки влияния многоинструментности на оптимальные режимы обработки при различных критериях оптимизации проведен широкий численный анализ зависимости оптимальных режимов и структуры себестоимости обработки от числа инструментов.

7.Показано, что при увеличении числа инструментов производительность технологических процессов рассматриваемого вида понижается и величина этого понижения зависит от закона распределения времени безотказного резания инструмента и от степени однородности инструмента, характеризуемой коэффициентом вариации времени безотказного резания. При нормальном распределения времени безотказного резания влияние многоинструментности на производительность на 20% выше, чем при Г-распределенни, и настолько же ниже, чем при распределении Вейбулла.

Для практического расчета производительности многоннструментных технологических процессов в технологических бюро, не располагающих а необходимом объеме информацией об инструменте, в диссертации рекомендуются ориентировочные коэффициенты поправок на многоинструмеитность в зависимости от качественной оценки однородности инструмента.

8. При расчете оптимального режима обработки для безлюдных технологических процессов устанавливаются оптимальные значения скорости резания и периода профилактической сменности инструмента. В диссертации показано, что при оптимальном значении скорости резания неточность в определении периода профилактической сменности инструмента может привести к потере производительности до 20%.

9.На режиме обработки, оптимальном по критерию себестоимосш, в структуре приведенной себестоимости основными являются расходы на инструмент (охоло 20%) и расходы на заработную плату (около S0%). Расходы, связанные с амортизацией основного оборудования и потери от брака в сумме составляют 1,5-2%. При малом числе инструментов (когда на оптимальном режиме отклонение времени профилактической сменности инструмента от стойкости сравнительно мало) и большом коэффициенте вариации времени безотказного резания потери от брака увеличиваются до 20%.

10. Экспериментально установлено, что инструмент из новых материалов МС-1460 и МС-2210 при обработке конструкционных сталей 40,45 и легированной стали 60С2, на скоростях резания 150,180,200,240,270,300 имеют следующие характеристики:

а) коэффициент вариации времени безотказного резания практически можно считать постоянным со средним значением 15%

б) при возрастании скорости резания возрастает асимметрия распределения (в указанном диапазоне скоростей асимметрия возрастает от 0,1 до 0,5)

в) по критерию Пирсона установлено согласие статистического распределения на скоростях резания S.50, 180, 200, 220 м/мин с нормальным распределением, а на скоростях 270, 300 м/мкн - с распределением Вейбула.

11. Промышленные испытания методов расчета режимов для безлюдных тсм.оадги'Ч'ских процессов механической многоинструм ситной обработки дорогостоящих детален, проведенные в механических цехах ОАО «Ростсельмаш» показапи, что построенные в диссертации матемгтические модели и оснопаиные :;а енх меюдьг расчета режимов адекьатнь: реальным технолог!)4л;хим процессам и могут быть рекомендованы к широкому рмедрению в практику мет а л л оо Gp ¿Soiírt:.

OcHoriíLie результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Í. Физикомеханические и технологические характеристики сшпзово MC-J460 к UriT-?A. / Игнатов Б. 11.. Цсиенко О. A., 'Jotos В. П., Зотов В. В. // Надежность и лффектньхпеть eisüo-iifux инструментальных систем: сб. науч. тр. - Ростов н/Д, ! Ь')А. - с. 35-36.

- Оьрсииишс мет одой к кртсриев столкост них исаьианнй !к>:,ых снеi)V.■ teni¿ri! "i.iíí маирна mu./ Нгкаюв Б. П., Цеиснко С. Л., Зотов В. П.,

Зотов В. В. // Надежность и эффективность станочных инструментальных систем: сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1997. - с. 100-103.

3. Влияние предварительной приработки на стойкостные характеристики инструмента. / Игнатов Б. П., Цененко О. А., Гордненко Б.И., Зотов В. В. // Надежность и эффективность станочных инструментальных систем: сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1993. - с. 62-65.

4. Физико-механические и технологические характеристики спласов СТИМ полученных методом СВС. / Игнатов Б. П., Цененко О. А., Зотов В. П., Зотов В. В. // Надежность и эффективность станочных инструментальных систем: сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1991.-е. 15-19.

5. Алгоритм определения производительности станка при профилактической смене инструмента. / Зотов В. В. // Надежность и эффективность станочных инструментальных систем: сб. науч. тр. - Ростов н/Д, 1997. - с. 103-104.

6. Построение целевой функции оптимизации по критерию производительности. / Гордиенко Б. И., Краплин М.А., Зотов В. В. // Ростовский донской государственный университет. - Ростов н/Д, Деп. В НИИМАШ 28.04.99, №1369-В99.

7. Многокритериальное™ задачи оптимизации режимов резания. / Гордненко Б. И., Краплин М.А., Зотов В. В. // Компьютерная технология в инженерной н управленческой деятельности: Тез. докл. Международная научно-техническая конференция., Таганрог, 1999. - С.