Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов выбора и использования металлорежущего оборудования с программным управлением в серийном производстве 13
1.1. Анализ технико-экономической эффективности металлорежущего оборудования с программным управлением 13
1.2. Анализ технологических структур металлорежущего оборудования с программным управлением 22
1.3. Анализ методов выбора и структурной оптимизации металлорежущего оборудования с программным управлением 31
1.4. Выводы. Цель и задачи исследования 42
2. Функциональное моделирование процесса технологического проектирования и структуры металлорежущего оборудования 45
2.1. Разработка функционально-математической модели процесса проектирования станочной системы 45
2.2. Разработка функционально-структурной модели станочной системы 57
2.3. Выводы 65
3. Экономико-технологическое обоснование отбора деталей для изготовления на металлорежущем оборудовании с программным управлением 67
3.1.. Разработка математической модели конструктивно-технологической сложности детали 67
3.2. Обоснование экономически целесообразной сложности деталей для их изготовления на металлорежущем оборудовании с программным управлением 89
3.3 Выводы 100
4. Формирование групп деталей типа тел вращения в зависимости от их сложности 102
4.1. Методические основы группирования деталей с применением кластерного анализа 102
4.2. Исследование характеристик деталей машин на примере регионального банка данных о деталях, изготавливаемых на предприятиях Ульяновской области 117
4.3. Формирование рациональных групп и их комплексных деталей представителей на основе регионального банка данных 131
4.4. Разработка групповых технологических процессов и структур операций обработки комплексных деталей представителей 145
4.5. Выводы 163
Разработка функционально-структурных моделей металлорежущего оборудования с программным управлением для обработки групп деталей обоснованной сложности 165
5.1. Обоснование технологических параметров МО с ПУ для изготовления обоснованных групп деталей 165
5.2. Разработка функционально - структурных моделей МО с ПУ для обработки комплексных деталей-представителей 178
5.3. Обоснование состава унифицированных функциональных блоков при формировании нового типажа станков с ПУ по блочно-модульному принципу 189
5.4. Выводы 201
Выбор металлорежущего оборудования с программным управлением из существующего типажа станков 203
6.1. Анализ характеристик металлорежущего оборудования токарной группы 203
6.2. Разработка матриц оперативного выбора МО из существующего парка станков 209
6.3. Выводы 214
7. Организационно-технологические рекомендации по выбору металлорежущего оборудования с программным управлением на гоедприятиях 216
7.1. Разработка методики выбора существующего и перспективного металлорежущего оборудования с ПУ 216
7.2. Разработка методики отбора групп деталей для обработки на действующих на предприятии станках с ПУ 222
7.3. Методики выбора станков с ПУ токарной группы и отбора деталей для обработки на действующих станках с ПУ в производстве 224
7.4. Описание автоматизированной системы выбора существующего или перспективного металлорежущего оборудования с ПУ 233
7.5. Внедрение результатов работы 236
7.6. Выводы 237
Заключение 238
Литература
- Анализ технологических структур металлорежущего оборудования с программным управлением
- Разработка математической модели конструктивно-технологической сложности детали
- Исследование характеристик деталей машин на примере регионального банка данных о деталях, изготавливаемых на предприятиях Ульяновской области
- Разработка функционально - структурных моделей МО с ПУ для обработки комплексных деталей-представителей
Введение к работе
Переходный период отечественной экономики к рыночным отношениям характеризуется прекращением обновления основных производственных фондов, в том числе технологического оборудования.
За последнее десятилетие кардинально изменился социальный срез нашего общества, одной из особенностей которого является отток высококвалифицированных специалистов из различных отраслей промышленности, особенно машиностроения. На крупных промышленных предприятиях существенно сократилось количество конструкторов, технологов с большим опытом работы. В производстве возникают серьезные проблемы при проведении конструкторской и технологической подготовки производства, в том числе при выборе рационального металлорежущего оборудования, где особенно важна роль профессионалов - практиков. При организации производства на малых предприятиях также часто сталкиваются с трудностями при выборе станков, удовлетворяющих требованиям производства.
Станкостроительная промышленность, находящаяся последнее десятилетие в тяжелом финансовом положении, также лишилась значительной части квалифицированных кадров, вследствие чего была утеряна взаимосвязь с потребителями оборудования. В совокупности с фактической потерей НПО ЭНЙМС, которое разрабатывало стратегию развития станкостроительной промышленности, в том числе проводило исследования по обобщению требований потребителей к станочному парку, появились проблемы с выбором характеристик нового металлорежущего оборудования.
Таким образом, в настоящее время производители металлорежущего оборудования не имеют четкой картины о требованиях потребителей к характеристикам станков, а потребители испытывают трудности с выбором
рационального металлорежущего оборудования для свои производственных условий.
В перспективе указанные проблемы будут обостряться по мере дальнейшего износа на предприятиях основных производственных фондов и уменьшения профессионалов с большим опытом работы .
Решение вышеупомянутых проблем существенно усложняется в условиях мелкосерийного и серийного производства, где изготавливают широкую номенклатуру деталей. Сложность задачи обоснования характеристик нового оборудования или выбора рационального оборудования для условий мелкосерийного и серийного производства обусловлена большим числом факторов, влияющих на решение указанной задачи. К таким факторам относится многообразие схем построения технологических операций и множеств характеристик подлежащих обработке деталей: конструктивно - геометрическая форма, габаритные размеры, материал и метод получения заготовки, точность и шероховатость поверхностей, масса, термообработка, трудоемкость, программа выпуска и
ДР-
Особенно важно правильно выбрать металлорежущее оборудование с
программным управлением, учитывая его высокую стоимость. Выбор
оборудования на предприятиях на основе расчетов экономической
эффективности осуществляется крайне редко вследствий высокой
трудоемкости расчетов и возможности сравнения одновременно только двух
вариантов. Поэтому, актуальной является разработка методов оперативного
выбора рационального металлорежущего оборудования без выполнения
трудоемких расчетов.
Достаточно часто на предприятиях эффективность эксплуатации
существующего металлорежущего оборудования с программным
управлением оказывается меньше ожидаемой. Это объясняется тем, что
характеристики выпускаемых станков с программным управлением часто не
7 соответствуют требованиям потребителей, что приводит к существенным издержкам в производстве.
Отсутствие обоснованных требований к созданию металлорежущего оборудования с программным управлением привело к тому, что выпускаемые станки имеют максимально возможные технологические возможности, т.е. ориентированы на обработку самых сложных деталей. Однако, опыт эксплуатации оборудования с программным управлением показал, что часть функций остается невостребованной. Поэтому, нами предложено разработать структуры нового металлорежущего оборудования с программным управлением, специализированного на изготовлении определенных групп деталей. В этом случае каждый станок будет реализовывать необходимое и достаточное число функций, т.е. иметь рациональные технологические возможности и потребительские свойства (стоимость, размеры и др.).
Очевидно, что выработка обоснованных требований к специализированному оборудованию с программным управлением возможна только на основе обобщения и исследования определенного множества характеристик деталей, изготавливаемых заказчиками оборудования.
Для исследования характеристик деталей нами использован достаточно представительный (130 тысяч наименований деталей) региональный банк данных о деталях, изготавливаемых на предприятиях Ульяновской области. В региональном банке данных свыше 30 % - это детали типа тел вращения. Этот факт определил направление исследования по выбору существующего и созданию нового оборудования с программным управлением, предназначенного для изготовления деталей типа тел вращения. Вместе с тем, основные положения работы могут быть использованы для разработки оборудования, предназначенного для изготовления деталей другой геометрической формы.
Таким образом, для повышения эффективности использования металлорежущего оборудования с программным управлением, необходимо
8 решить сложную научную проблему - разработать технологические основы проектирования нового металлорежущего оборудования с программным управлением, специализированного на изготовлении определенных групп деталей и оперативного выбора рационального оборудования из существующего типажа станков.
Разработка проблемы потребует функционально - математического моделирования процесса проектирования специализированного металлорежущего оборудования с программным управлением, разработки методов экономически целесообразного группирования деталей и построения эффективных технологических операций их обработки, унификации элементной базы станков для построения их по блочно - модульному принципу, разработки методов оперативного выбора рационального станка из существующей гаммы оборудования.
С учетом изложенного на защиту выносятся:
- функциональная модель процесса технологического проектирования
металлорежущего оборудования с программным управлением для групповой
обработки заготовок;
функционально - структурная модель металлорежущего оборудования, позволяющая выявить рациональный состав основных и вспомогательных функций оборудования и установить их взаимосвязь с материальными носителями;
математическая модель конструктивно - технологической сложности детали, позволяющая количественно оценить сложность детали через число формообразующих координат станка и рассчитать укрупненную трудоемкость ее обработки;
математическая модель для расчета граничного значения сложности детали, начиная с которого экономически целесообразно изготавливать детали на станке с программным управлением по сравнению со станком с ручным управлением;
9 метод поэтапного группирования деталей, позволяющий сформировать рациональные группы деталей в зависимости от их сложности с учетом загрузки оборудования;
- группы деталей, сформированные на основе исследования
представительного регионального банка данных о деталях, имеющих
широкое распространение на промышленных предприятиях и которые
являются технологической основой для создания нового металлорежущего
оборудования с программным управлением;
функционально - структурные модели нового металлорежущего оборудования с программным управлением, специализированного на изготовлении выявленных групп деталей;
унифицированный состав функциональных блоков для построения всех новых станков по блочно - модульному принципу;
- метод оперативного выбора рационального металлорежущего
оборудования из существующей гаммы станков;
- методики построения функционально - структурных моделей нового
и оперативного выбора существующего металлорежущего оборудования с
программным управлением, а также отбора рациональных групп деталей для
изготовления их на действующем в производстве оборудовании;
- структуру и алгоритмы автоматизированной системы выбора
металлорежущего оборудования.
Диссертация имеет следующую структуру.
В первом разделе дан анализ современного состояния проблемы повышения эффективности использования металлорежущего оборудования с программным управлением. Рассмотрены технологические возможности станков с программным управлением, выпускаемых отечественными предприятиями и зарубежными фирмами. Выявлено несоответствие между технологическими возможностями станков с программным управлением и производственными условиями их эксплуатации, что существенно снижает эффективность эксплуатации оборудования в производстве. Выполнен
анализ известных подходов к созданию и выбору металлорежущих станков с программным управлением.
Рассмотрены состояние и значимость проблемы разработки технологических структур нового металлорежущего оборудования с программным управлением, намечены цель и задач исследований.
Во втором разделе диссертации представлены исследования процесса технологического проектирования и структуры металлорежущего оборудования. Рассмотрена функциональная модель процесса технологического проектирования и его декомпозиции; определены входные и выходные данные процессов, установлена взаимосвязь между ними. Сформированы функциональная и функционально - структурная модели металлорежущего оборудования.
Третий раздел посвящен исследованию конструктивно — технологической сложности детали и обоснованию зкономичесіш целесообразной сложности деталей для изготовления на металлорежущем оборудовании с программным управлением. Разработана математическая модель сложности детали на основе формализации ее конструктивно -геометрических и технологических характеристик. Установлена взаимосвязь между сложностью детали и числом формообразующих координат станка, требуемых для ее обработки.
Получено уравнение для расчета граничного значения сложности детали, которое определяет область эффективного использования станков с программным или ручным управлением. Предложенный подход подтвержден конкретными примерами.
В четвертом разделе предложены методические основы поэтапного группирования деталей на основе классификатора ЕСКД. Рассмотрены критерии формирования рациональных групп деталей. Выполнен статистический анализ характеристик деталей, имеющихся в региональном банке данных о деталях, изготавливаемых на предприятиях Ульяновской области.
На основе регионального банка данных сформированы десять групп деталей типа тел вращения, имеющих широкое распространение на промышленных предприятиях, которые приняты в качестве технологической основы для создания металлорежущего оборудования с программным управлением. Рассмотрены различные структуры построения технологических операций обработки комплексных деталей — представителей. Выбраны наиболее рациональные варианты технологических схем обработки групп деталей для их реализации в предлагаемых станках с программным управлением.
Пятый раздел диссертации посвящен обоснованию технологических параметров и структур нового оборудования с программным управлением для изготовления полученных комплексных деталей - представителей. Рассмотрены функционально - структурные модели предлагаемого металлорежущего оборудования с программным управлением, содержащие необходимое и достаточное число функций и соответственно, материальных носителей для обработки определенных групп деталей.
Обоснован унифицированный состав функциональных блоков для создания всех новых станков с программным управлением по блочно -модульному принципу.
В шестом разделе представлено ранжирование существующего металлорежущего оборудования токарной группы с программным и ручным управлением в зависимости от его технологических возможностей и стоимости. Разработан метод оперативного выбора рационального оборудования в зависимости от сложности обрабатываемых деталей, позволяющий решить задачу выбора технологического оборудования до проектирования технологических процессов и расчетов трудоемкости обработки.
В последнем, седьмом разделе диссертации рассмотрены методики выбора экономически обоснованного варианта нового или существующего оборудования в механообрабатывающих производствах, а также отбора
12 групп деталей для эффективной обработки на действующих на предприятиях станках с программным управлением.
Рассмотрен алгоритм выбора рационального оборудования в автоматизированной системе выбора металлорежущего оборудования.
В заключение изложены основные результаты работы и показаны пути дальнейшего использования полученных результатов по повышению эффективности применения металлорелсущего оборудования с программным управлением.
Анализ технологических структур металлорежущего оборудования с программным управлением
Эффективность создания и эксплуатации МО с ПУ во — многом зависит от качественного решения задач на первых стадиях жизненного цикла станков (в ИСО 9004: 2002 он называется "петлей качества"), начиная с маркетинга, изучения рынка сбыта и технологического проектирования, предшествующих разработке конструкции [133]. Практика создания оборудования показала, что допускаемые на этих этапах ошибки приводят к существенным техническим и экономическим издержкам при производстве и эксплуатации станков [134-144].
На этапе технологического проектирования разрабатываются технологические структуры оборудования, в которых отражаются реализуемые функции, возможности и параметры станков. Например, технологическая структура станка определяет состав формообразующих движений исполнительных органов, уровень автоматизации загрузки - выгрузки заготовок, количество и состав инструмента, характеристику системы ПУ и др. От технологической структуры станка зависят его основные потребительские свойства: производительность, стоимость, надежность, гибкость и т.д. Оценка технологической структуры позволит заказчику выбрать наиболее эффективный станок для своих производственных условий. Анализ стоимости (рис. 1.5) условно выделенных элементов многоцелевого станка с ПУ по данным [67 - 70] свидетельствует о приоритете обоснования характеристик элементов непосредственно станка (например, число формообразующих координат, состав исполнительных органов, размеры рабочего пространства).
Характеристики остальных элементов станка (управляющая система, система применения СОЖ и др.) зависят от его технологической структуры. Например, выбор эффективной системы ПУ зависит от типа оборудования, числа реализуемых формообразующих координат (в том числе одновременно), типа электродвигателей приводов и др. Тип системы ПУ оказывает значительное влияние на стоимость оборудования.
Например, опыт американских фирм показал [82], что стоимость станко-часа многооперационного станка, имеющего только позиционное управление, составляет 5,6 долл., а стоимость станко-часа станка, имеющего возможность не только позиционной, но и контурной обработки, 9,4 долл. Поэтому при обработке заготовки на первом станке ее себестоимость оказывается почти в 2 раза меньше, чем на втором. Поэтому, после формирования технологической структуры оборудования необходимо под нее подобрать рациональную систему ПУ.
Исследование параметров МО с ПУ показало, что число формообразующих движений, реализуемых токарными и круглошлифовальными станками колеблется от 2 до 8, что свидетельствует о различной технологической насыщенности станков и необходимости ее оценки при выборе технологического оборудования [26, 47, 56, 59,71].
Очевидно, что число формообразующих координат, реализуемых станками с ПУ зависит от выбранной структуры построения технологических операций. Предварительный анализ параметров отечественных и зарубежных станков с ПУ свидетельствует о широком разнообразии применяемых технологических схем обработки заготовок деталей типа тел вращения [25, 27, 59, 72].
Большинство отечественных станков с ПУ реализуют последовательную схему, когда поверхности заготовки обрабатываются поочередно одна за другой (токарные станки с ПУ моделей 16К20ФЗ, 16В20ФЗ, 1В340ФЗ, 1П420ПФЗО и др.) [73 -76 ]. Указанные станки с ПУ обеспечивают существенное сокращение вспомогательного времени обработки по сравнению со станками с ручным управлением. Однако основное время уменьшается незначительно за счет интенсификации режимов резания. Указанные станки предназначены только для токарной обработки заготовок.
В последнее время все больше производителей станков стремятся расширить их технологические возможности. Одним из направлений является оснащение станков инструментальными головками для обработки заготовок осевым инструментом, что превращает токарные станки в многоцелевые, реализующие основную токарную 25 обработку и дополнительно сверлильные и фрезерные операции (станки моделей Ш426ПФ40, Ш420ПФ40 и др.) [77 - 80].
Станок Ш420ПФ40 осуществляет токарную обработку заготовок инструментом с позиционированием, линейной и круговой интерполяцией его траектории по осям X и Z [79]. Сверление и фрезерование осуществляется по специальным циклам устройства ЧПУ, причем фрезерование криволинейных поверхностей достигается за счет линейной и полярной интерполяции траектории движения инструмента по осям X, Z и С. Вращающиеся инструменты в револьверной головке и механизм позиционирования шпинделя позволяют кроме полной токарной обработки производить до-делочные сверлильные и фрезерные операции на торце и периферии детали. Многоцелевые станки позволяют существенно сократить вспомогательное и подготовительно - заключительное время обработки. Однако, структура построения технологических операций остается последовательной.
Для обеспечения автоматизации операций загрузки — выгрузки заготовок станки с ПУ оснащают роботами (станки моделей 1В340Ф30РМ, 16В20Ф30РМ, Ш420ПФ40РМ и др.), что позволяет их использовать в составе ГПС и переналаживаемых автоматических линиях. Стоимость данной группы станков повышается на (50 — 70) % по сравнению со станками не оснащенными роботами, при этом увеличения производительности обработки практически не происходит. Кроме того, отечественные станочные системы, оснащенные роботами характеризуются низкой надежностью, вследствии чего они не нашли широкого применения.
Другим направлением расширения технологических возможностей оборудования является внедрение более высокопроизводительных последовательно — параллельных и многоместных схем обработки. Для обеспечения таких схем станки делают многошпиндельными и многосуппортными, что позволяет существенно сократить основное и вспомогательное время обработки [81].
Разработка математической модели конструктивно-технологической сложности детали
Успех внедрения технологического оборудования с ПУ во многом зависит от правильного подбора номенклатуры подлежащих обработке деталей. Многие исследователи отмечают, что станки с ПУ эффективны только при обработке заготовок достаточно сложных деталей, отличающихся высокой трудоемкостью, при определенной партии деталей в той или иной группе. Для изготовления на станках с ПУ отбирают детали, у которых показатель сложности не ниже заданного а.экспери-;-ментально обоснованного значения. Причем, решение о целесообразности изготовления деталей на станках с ПУ или РУ должно быть принято оперативно до разработки маршрутно-операционных технологических процессов на основе чертежа детали без выполнения сложных расчетов. Однако в существующих работах предлагаются либо субъективные подходы к оценке экономически целесообразной сложности деталей для изготовления на станках с ПУ, либо методы справедливые для определенных производственных условий (см. гл.1). Поэтому, необходима разработка научно обоснованного подхода оценки сложности деталей типа тел вращения, которые целесообразно изготавливать на оборудовании с ПУ.
Для принятия оперативного решения по подбору деталей, которые экономически целесообразно изготавливать на станках с ПУ, только на основании чертежа детали или соответствующего ее кода, нами предложено разработать математическую модель конструктивно-технологической сложности деталей SKT тел вращения. Экономическую оценку конструктивно-технологической сложности SKT деталей выполним по укрупненной трудоемкости обработки Тшг, т.е. установим зависимость 1шт I (Ncr) Конструктивно-технологическая сложность SK-r детали состоит из конструкторской и технологической сложности: Ькт ьк Ьт , где SK, ST - соответственно конструктивная и технологическая сложность.
Конструктивная сложность детали формируется при ее проектировании и является базовой сложностью, на которую накладываются технологические характеристики, Конструктивная сложность детали тела вращения состоит из сложности основных поверхностей детали (SK0) и сложности дополнительных элементов (SKJl).
Конструктивная сложность основных элементов (SK0) детали нами выражена через число геометрических элементов, на которые условно можно разделить деталь, и их конфигурацию. В качестве геометрических элементов деталей принимаем подлежащие механической обработке (в данном случае токарной) ступени основных наружных и внутренних поверхностей, а геометрическую конфигурацию определяет форма этих поверхностей (цилиндрическая или фасонная), с учетом наличия на поверхности резьбы: г 8,га = (Пц-ац + Пф-аф-ЬПр-ар)=Епі- аь (3.1) где пц , пф , пр - соответственно число ступеней основных наружных и внутренних поверхностей детали цилиндрической, фасонной формы и наличия резьбы; аГ1, аф , ар - соответственно коэффициенты трудоемкости токарной обработки цилиндрической, фасонной формы и наличия резьбы; г - число поверхностей.
Ступень - это геометрический элемент детали, ограниченный формообразующей поверхностью и двумя торцами.
Кроме основных поверхностей почти 45 % деталей типа тел вращения имеют дополнительные элементы в виде пазов, лысок, скосов, внецентровых отверстий и других элементов, которые обрабатываются в подавляющем большинстве фрезерованием и сверлением. Сложность дополнительных элементов определяем следующим образом: к 8КД - ПДІ аДІ, (3.2) где ПДІ - число дополнительных элементов і-го метода обработки; аді - коэффициент трудоемкости обработки i-ro элемента; к - число методов обработки.
Тогда, общая конструктивная сложность детали имеет вид: Обоснование величины коэффициентов трудоемкости основных элементов разных форм и дополнительных элементов нами выполнено на основании сравнительных расчетов трудоемкости обработки по "Общемашиностроительным нормативам времени..." [239,240].
За основу принята трудоемкость токарной обработки цилиндрической ступени (поверхности) а,ц = 1. Тогда, при прочих равных условиях (размеры заготовки, материал заготовки и режущего инструмента, величина снимаемого припуска и др.) по основным поверхностям получим следующие коэффициенты для фасонных поверхностей и резьбы: аФ = 1,4; ар = 0,9. Коэффициенты трудоемкости обработки до-полнительных элементов, на основании расчетов, получены следующие: для сверления аСЙ = 0,55, для фрезерования 0Ефр = 1,2.
Вместе с этим, анализ деталей тел вращения, имеющихся в региональном байке данных о деталях (обрабатываемых на предприятиях Ульяновской области) [241, 242], показал, что фасонные поверхности, резьба, дополнительные элементы равномерно присутствуют в конструкциях деталей. Это позволяет коэффициенты трудоемкости аф , ар, асв, а,фр свести к одному среднему коэффициенту трудоемкости аср аф+ар+асв+афр ,1,4+0,9 + 0,55+1,2, П1 г к В этом случае, аср можно принять равной 1, a SK = п; + пДІ, т.е. конструктивная сложность детали равна общему числу основных ступеней и дополнительных элементов.
Для примера оценим конструктивную сложность ряда деталей, приведенных на рис. 3.1. Деталь № 1 фактически представляет собой одну ступень цилиндрической формы и для нее SK = 1. Деталь № 2 состоит из трех наружных ступеней и трех внутренних ступеней, поэтому сложность SK= 6. Самая сложная деталь № 3 имеет пять ступеней (три наружных и две внутренних) и два дополнительных элемента (внецентровое отверстие и паз), следовательно, SK = 7.
Исследование характеристик деталей машин на примере регионального банка данных о деталях, изготавливаемых на предприятиях Ульяновской области
Важнейшей задачей для выявления общих закономерностей формирования групп деталей, используемых в качестве технологической основы выбора станков с ПУ, является формирование представительного банка данных (БД) о деталях машин, отражающего требования производств большинства потребителей металлорежущего оборудования. В идеальном случае такой банк должен быть создан на Республиканском уровне. Однако, в связи с большими затратами на такую работу в настоящее время эта задача нереальна. Поэтому нами предлагается ограничиться региональным уровнем, в частности машиностроительным комплексом Ульяновского региона. В Ульяновском регионе сосредоточено около 30 крупных промышленных предприятий (табл. 4.5), представляющих различные отрасли промышленности: авиастроение, судостроение, станкостроение, автомобилестроение, приборостроение и др. По данным статистических отчетов номенклатура выпускаемых в области изделий во многом схожа с номенклатурой других промышленно развитых областей Поволжья (табл. 4.6). Это позволяет считать, что БД о деталях Ульяновской области
адекватно отражает требования машиностроительного комплекса Поволжья и, вероятно, в целом Российского машиностроения. Региональный БД является единственным в нашей стране информационным массивом данных о деталях. Организация работ по формированию БД заключалась в следующем: на каждом обследуемом промышленном предприятии были созданы рабочие группы (пять - восемь человек) из специалистов конструкторских и технологических подразделений для кодирования информации о деталях по форме, представленной на рис. 4.1. Закодированная информация заносилась на машинные носители ЭВМ и поступала в проблемную научно-исследовательскую лабораторию при Ульяновском техническом университете, которая осуществляла организационно-методическое обеспечение формирования БД. Для кодирования информации о деталях была разработана специальная методика [271]. дополнительные трудности по разработке документации, методах сбора, обработки и записи информации и др.
В настоящее время региональный БД выведен на машинные носители ПЭВМ стандарта IBM PC AT и содержит информацию о 130 тыс. деталей 23-х промышленных предприятий. Для управления БД использовали программные средства СУБД "Foxbase".
Анализ БД по геометрической форме деталей (табл. 4.7) показал, что наиболее распространенными (43,5 %) на предприятиях являются плоскостные детали, рычажные и изогнутые из листов (класс 74 по Классификатору ЕСКД). Также широко применяются детали типа тел вращения (22,6 %) на изготовление которых приходится свыше 30 % всей трудоемкости механообработки. Меньше деталей с элементами зубчатых зацеплений (8,2 %) и корпусных деталей и кронштейнов (6,8 %).
Из БД нами были выделены и проанализированы детали типа тел вращения (класс71поК.ЕСКД).
Основным методом обработки заготовок деталей типа тел вращения (рис. 4.7) является механическая обработка резанием (частость р = 93,9 %). При этом, как правило, с заготовок снимают достаточно большие припуски, что приводит к высоким материальным затратам. По прежнему слабо внедряются перспективные технологические процессы литья, штамповки, электрофизикохимические методы обработки,
Установлено (рис. 4.8), что детали типа фланцев, дисков, крышек (L/D 0,5), втулок, стаканов, оправок (0,5 L/D 2), валов, осей, шпинделей (L/D 2) в равной степени представлены в БД. Нежестких деталей (L/D 20) выявлено незначительное количество (около 2 %).
Анализ БД по форме обрабатываемых поверхностей (рис. 4.9) показал, что наружные поверхности деталей имеют в основном цилиндрическую форму (90 %), из них со ступенчатой структурой р = 6 0% и гладкие р = 30 %. Для внутренних поверхностей деталей наиболее характерны цилиндрические гладкие (58,4 %) и цилиндрические ступенчатые (37,1 %) поверхности. Значительно меньше деталей с конической, криволинейной и комбинированной формой поверхностей.
Распределение деталей машин по группам обрабатываемости материалов иллюстрирует гистограмма на рис. 4.10. Видно, что максимальную частость р = 48 % имеют детали, изготавливаемые из конструкционных сталей, легированных хромом, никелем в сочетании с марганцем, кремнием, вольфрамом, молибденом, ванадием. Применяют коррозионно-стойкие и жаропрочные стали (р = 13,5 %), алюминий (р = 14,5 %) и цветные металлы и сплавы (р = 15,4 %). Группы обрабатываемости материалов приняты в соответствии с [126].
Анализ распределения деталей по габаритным размерам (рис. 4.11) показал, что наиболее весомы детали с диаметром D 40 мм (60 %), а также длиной L 50 мм (60 %), при этом 96 % всех деталей сосредоточено в диапазонах D = (0 - 200) мм и L = (0 - 320) мм. Диапазоны габаритных размеров приняты в соответствии с ГОСТ 27.797-88.
Исследование деталей по шероховатости обработанных поверхностей (рис. 4.12) показало, что максимальную частость имеют детали с параметром Ra в диапа зонах (6,3 - 10) мкм (32 %), (3,2 - 5) мкм (26,5 %), (1,6 - 2,5) мкм (18,4 %), и (0,8 1,25 )мкм (18,8%). Анализ распределения деталей по точности диаметральных размеров (рис. 4.13) позволил установить, что примерно равные доли составляют детали с квалите тами 14-16(30%), 12-13 (26,4 %), 10-11 (12,2%), 8-9 (16,9%). Как правило, заготовками деталей являются (рис. 4.14) пруток (75 %), лист (13,4%) и труба (7,7%).
Распределение деталей по предприятиям Ульяновской области показало, что свыше 90% деталей изготовлено на восьми наиболее крупных предприятиях (станкостроительное и приборостроительное объединения, машиностроительный и механический заводы, авиационно-промышленный комплекс, радиоламповый завод, завод тяжелых и уникальных станков и др.). Поэтому, принимаем детали указанных предприятий для дальнейших исследований.
Разработка функционально - структурных моделей МО с ПУ для обработки комплексных деталей-представителей
При проектировании перспективного типажа МО с ПУ приходится решать в едином комплексе технологические, технические и экономические проблемы.
Однако большинство методов технико-экономического анализа объектов проектирования в основном оптимизируют лишь конструктивные решения, не рассматривая при этом весь комплекс функций, реализуемых исследуемым объектом. Последнее часто приводит к несоответствию потребительских свойств созданных объектов и их стоимости, что в рыночной экономике приводит к потере рынков сбыта продукции.
Указанных недостатков лишен функционально-стоимостной анализ (ФСА), представляющий собой системный метод исследования функций объекта, направленный на повышение эффективности использования материала и трудовых ресурсов путем оптимизации соотношения между потребительскими свойствами объекта и затратами на его разработку, производство и применение [132].
Применительно к процессу проектирования металлорежущего оборудования применение ФСА позволяет установить и классифицировать подлежащие реализации функции, построить функциональную и функционально-структурную модели, определить функционально оправданные затраты.
В соответствии с общими положениями структурного моделирования станка, изложенными в подразделе 2.1, разработаем ФСМ токарного станка с ПУ, предназначенного для обработки группы 713321 деталей типа фланцев, крышек, стаканов, основные параметры которого определены в подразделе 5.1.
Комплексные детали группы 713321 (см. рис. 4.23) характеризуются соотношением L/D 2, наличием наружных цилиндрических поверхностей (односторонних и (или) двухсторонних) и внутренних цилиндрических поверхностей (гладких или ступенчатых). Обработка заготовок деталей группы 713321 на токарном станке с ПУ осуществляется за один или два установа. При этом необходимо обеспечить формообразующие координатные перемещения исполнительных органов станка для точения наружных ступенчатых цилиндрических поверхностей заготовок по оси X - перпендикулярно оси заготовки, по оси Z - вдоль оси заготовки. Соответственно для обработки внутренних цилиндрических ступенчатых поверхностей необходимы перемещения по оси U -перпендикулярно оси заготовки и W - вдоль оси заготовки. Так как, на станке реализуется последовательно-параллельная многоместная схема обработки поверхностей заготовок, то следует обеспечить отдельно движения вращения двух заготовок Ah и Ah . Поскольку, на станке с ПУ обработка поверхностей заготовок данной группы выполняется несколькими инструментами, то целесообразно предусмотреть установочные перемещения по осям D и D - поворот каждой инструментальной головки вокруг вертикальной оси Y.
Для вышеупомянутой группы деталей главную функцию F0 станка с ПУ сформулируем следующим образом: "обработать группу 713321 заготовок фланцев, крышек, стаканов в пределах технических параметров и технологических возможностей станка автономно или в составе производственных систем".
В качестве основных функций станка приняты его формообразующие координатные перемещения. Для обработки заготовок группы 713321 станок с ПУ должен иметь восемь основных функций Fjj (табл. 5.3).
Выполнение основных функций Fj j обеспечивается совокупностью вспомогательных функций, выполняемых, как правило, отдельными конструктивно-самостоятельными элементами (функциональными блоками), входящими в состав металлорежущего станка с ПУ. Например, для реализации основной функции Гц - "формообразовать поверхности по оси X" необходимо выполнить вспомогательную функцию fn - "обеспечить перемещение инструментального блока относительно шпиндельной бабки в направлении, перпендикулярном оси заготовки". Взаимосвязь основных и вспомогательных функций находит отражение в ФМ токарного станка с ПУ (табл. 5.4).
В полученной ФМ каждая основная функция F, j обеспечивается отдельной вспомогательной функцией fj j, не зависящей от остальных функций Ff j и fj j. Такое построение ФМ приводит к некоторому увеличению числа функциональных блоков станка, реализующих вспомогательные функции fj j, но, в то же время, позволяет выполнять параллельно-последовательную многоместную обработку заготовок деталей группы 713321 двумя инструментальными блоками.
После окончания функционального описания станка с ПУ выявленные функции, согласно соотношению (2.5), свяжем с выполняющими их функциональными блоками.
