CC BY
149
Список литературы
1. Грановский Г. И. Резание металлов. М.: Высшая школа. 1985.
304 с.
2. Безъязычный В. Ф. Аверьянов И. Н. Кордюков А. В. Расчет режимов резания: учеб. пособие. Рыбинск, 2009, 185 с.
3. Жмурин В. В., Сальников В. С. Энергетический критерий оценки эффективности режимов резания // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. № 2. С. 114—120.
V. Zhmurin, V. Salnikov
CRITERIA OF THE ESTIMATION OF EFFICIENCY OF PROCESS OF CUTTING The criteria for evaluating the effectiveness of the cutting is discussed. The detailed analysis of each criterion is presented. The criterion of evaluation, which allowed fast correct cutting data, according to data collected from the control program CNC machine is proposed.
Key words: high speed milling, the evaluation criteria of the cutting conditions, increase productivity, economic criteria, weight the criteria, energy criteria, limiting factors.
Получено 12.11.10
УДК 658.562:001.893
С. В. Тульчев, гл. технолог (48753)46675, office@aztpa.ru (Россия, Алексин, ОАО «Тяжпромарматура»),
О. А. Ямникова, д-р техн. наук, проф., Yamnikova Olga@mail.ru,
А. Н. Иноземцев, д-р техн. наук, проф., (84872) 35-18-87, zem@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ВАЛ»
Рассматривается повышение качества конструкторских проектных решении в машиностроении на основе проведения комплексной квалиметрической оценки технологичности детали типа "вал", учитывающей себестоимость, трудоемкость, конструкторскую и технологическуюунификацию элементов детали.
Ключевые слова: технологичность, трудоемкость, унификация, проектирование, вал.
Обеспечение технологичности конструкции изделия на этапе проектирования - значительная и в то же время наиболее сложная задача конструктора. Если соответствие проекта машины заданному функциональному назначению легко оценить объективными численными показателями, то такое сложное и многофакторное понятие, как «технологичность», весьма затруднительно оценить количественно. Отсутствие общепринятых
методик численной оценки технологичности не позволяет объективно разрешать неизбежные конфликты профессиональных интересов между конструктором как поставщиком конструкторской документации (КД) и технологом как ее потребителем.
Очевидно, что каждому набору параметров детали (форма и размеры поверхностей, шероховатость, допуски, конструкторские базы, коэффициент обрабатываемости материала) соответствует свой коэффициент технологичности Nk. Критерием технологичности детали является превышение минимально допустимого значения ^оп., которое определяется
технологическими возможностями производства, та как деталь, вполне технологичная для завода, оснащенного современным оборудованием, может оказаться нетехнологичной или вообще невыполнимой для завода с устаревшим оборудованием.
Согласно ГОСТ 14.201-83 "Обеспечение технологичности конструкции изделий" основными показателями технологичности детали являются трудоемкость, себестоимость и унификация. Так как трудоемкость имеет прямое денежное выражение, она обычно включается в себестоимость. Поэтому предлагаемая оценка технологичности включает два основных компонента: технологическую себестоимость C и унификацию, выраженную конструкторским kKy и технологическим kTy коэффициентами.
Тогда
^ = 3 И + 3 ^ку + ^гу ). (1)
Весовые коэффициенты 2/3 и 1/3 введены для отражения того факта, что согласно ГОСТ 14.201-83 себестоимость, трудоемкость и унификация вносят равный вклад в технологичность детали.
Рассмотрим математическую модель определения технологической себестоимости. Норма себестоимости рассчитывается по формуле:
„ „ С
С = ^ном (2)
11 11 Ст "
и представляет собой отношение реальной технологической себестоимости к величине Сном, являющейся либо технологической себестоимостью детали-аналога (ранее изготовленная деталь аналогичного типоразмера и конструкции, для которой известна себестоимость), либо номинальной технологической себестоимостью "простейшей" детали, для расчета которой берется гладкий вал, габаритные размеры которого совпадают с габаритными размерами рассматриваемой детали, а поверхности имеют сред-
нюю шероховатость Яас^:
п Яа і ■ І і
I-
і=1
Яаср , (3)
п •І
Обработка конструкционныхматериалов в машиностроении
где Яа7 - шероховатость 7 -й обрабатываемой поверхности; ^ - длина 7 -
й поверхности; п - число обрабатываемых поверхностей; I -габаритная длина вала.
Технологическая себестоимость рассчитывается по формуле [1]:
Ст = с0м6 + Т ■ kмaт ■ (Зр + Ссч )■ (1 + К /100) (4)
а для расчета трудоемкости Т использовалась эмпирическая зависимость [2]:
Т = Ыу -^а • ЯаЬ ■ (С ■ kмaт, (5)
I=1
где С^5 -общая стоимость сырья и материалов, руб; Зр - средняя часовая
оплата труда рабочего для соответствующего вида производства, руб/час;
Ссч - стоимость станко-часа, руб/час; К - средние накладные расходы, %; п - количество конструкторско-технологических элементов (КТЭ); kмaт - коэффициент, учитывающий обрабатываемость материала; Ы -масса детали, кг; 81 - площадь срезаемого слоя [ -той поверхности, мм2; Яа^ - требуемая шероховатость 1 -той поверхности, мкм; - допуск / -той
поверхности, мм; п - число обработанных поверхностей; а, Ь, с, у -
эмпирические степенные показатели, определенные методом регрессионного анализа.
Далее рассмотрим определение коэффициентов конструкторской и технологической унификации детали типа тело вращения. Коэффициент конструкторской унификации определяется как
1 п
= - Ё ^ Л-, (6)
п г=1
где п - число конструктивных элементов; ^у. - коэффициент конструкторской унификации г -го конструктивного элемента детали, зависящий от формы и значения посадочного размера (размера, отвечающего за точность расположения детали в сборке):
1, если Б- = 1,6N,
0,75, если Д- = 1,25N,
КУ1
0,5, если = 1,12N, (7)
0,25, если Б- = 1,06N,
0, если ни одно условие не выполняется,
для конуса: к
КУ1
1, если 2а- е ^1,
0,5, если 2а- е ^2, (8)
0, если ни одно условие не выполняется, где а- - угол при вершине конуса; ^1, ^2 - ряды предпочтительных углов по ГОСТ 8593 - 81. Приведенные константы (1,6; 1,25...) выражают ряды предпочтительных чисел для диаметра цилиндра согласно ГОСТ 8032-84.
Для конструктивных элементов других типов (например, фасонные проточки, сферические поверхности) анализируется их наличие в каталоге деталей-аналогов. Если подобный элемент найден, то коэффициент = 1, в противном случае - kKy. = 0.
В [3] указывается, что с точки зрения технологичности необходимо соблюдать определенное соотношение между размерным допуском на поверхность и ее шероховатостью, обусловленное невозможностью достижения и измерения жесткого размерного допуска на излишне шероховатой поверхности. Поэтому для каждой обрабатываемой поверхности введен следующий коэффициент, учитывающий корректность соотношения шероховатости и поля допуска:
1 п
5; = - Еб,;,-, (9)
п 1=1
Г0, если шероховатость превышает 5 % допуска на размер, где Ъу =<!
[1, в противном случае.
По данным, собранным с предприятий Тульской области, было выявлено, что одной из основных причин возврата КД (45 % от числа возвратов на этапе технологической подготовки) является несогласованность схем базирования. В ряде случаев из-за неверной простановки конструкторских баз допуски на замыкающие размеры оказывались невыполнимыми, что требовало переработки КД. Следовательно, коэффициент технологической унификации детали должен оценивать прежде всего степень единства конструкторских и технологических баз как важнейший показатель технологичности. Данный коэффициент не удается рассчитать лишь на основе данных, представленных в КД - в ней не указаны технологические базы. Поэтому по чертежу выявляют множество конструкторских баз (конструктивных элементов, от которых проставлены размеры с допусками) детали Ы^£. Далее на основе подходящего типового технологического процесса определяется множество гипотетических технологических баз Ы. Коэффициент kTy представляет собой отношение количества совпавших баз kcoв к количеству технологических :
(10)
При генерации гипотетического технологического процесса для каждой операции следует выбрать типовое оборудование, если не имеется дополнительной информации об особенностях оснащения конкретного производства.
Оборудование зависит от содержания самой операции, габаритных размеров заготовки, свойств материала, точности получаемого размера и серийности производства.
Далее требуется на каждом установе выбрать схему базирования. Для тел вращения она зависит в основном от габаритных размеров заготовки.
Методом экспертных оценок были выявлены зависимости схемы базирования (в патроне, в патроне с люнетом, в патроне с люнетом и в центре, в патроне с центром, в плавающем центре, в центрах, в центрах с люнетом) от длины и диаметра заготовки. Координаты центра распределения (£>ц, Ьц) для і -й схемы базирования будут вычисляться по формулам
где I - номер схемы базирования; ^ - определенное экспертами количество деталей, при обработке которых используется - -я схема базирования; d;, I- - диаметр и длина 1 -й детали.
Выбор оптимальной схемы базирования /опт детали с габаритными размерами d, I ё происходит по условию минимума разницы расстояний точек в фазовом пространстве (Б,Ь) для выбранной марки материала:
Для проверки адекватности модели был определен коэффициент корреляции между экспертными оценками уровня технологичности ряда деталей типа тел вращения и оценками, рассчитанными по предложенной методике.
В практической реализации работы предусмотрен вывод уровня технологичности детали по четырем параметрам: согласованность баз; шероховатость поверхностей; унификация конструктивных элементов; трудоемкость обработки (рис. 1-3).
Коэффициент корреляции составил 0,84, что свидетельствует об адекватности математической модели.
Для эффективного управления технологичностью на этапе проектирования недостаточно просто оценить ее - необходимо дать рекомендации конструктору, указав наиболее нетехнологичные параметры детали.
(11)
іопт = Ш1П
(12)
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Л
Согласованность
баз
Шероховатость
Унификация КЭ
Трудоемкость
Рис.1. Результаты комплексной поэлементной оценки технологичности пробки ^к=0,318)
01 81-0,25
2,5+0,25
0,6 и
0,5----------------------------------------------------------------------------------
0,4----------------------------------------------------------------------------------
0,3---------------------------- ---------------------------------------------
0,2---------------------------- -----------------------------------------------------
0,1---------------------------- -----------------------------------------==—
0 -I--------------------1--------------------1-----■ ■-----1------------------
Согласованность Шероховатость Унификация КЭ Трудоемкость баз
Рис. 2. Результаты комплексной поэлементной оценки технологичности патрубка (№к=0,238)
98М4
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
Согласованность Шероховатость баз
Унификация КЭ
Трудоемкость
Рис. 3. Результаты комплексной поэлементной оценки технологичности обечайки (№к=0,175)
Таким образом, предложенная методика позволяет проводить комплексную поэлементную оценку технологичности деталей типа «вал».
Список литературы
1. Технологичность конструкции изделия: справочник под ред. Ю. Д. Амирова М.: Машиностроение, 1990.
2. Новикова М. В., Троицкий Д. И. Интегрированная конструкторско-технологическая модель детали как средство оценки трудоемкости ее изготовления // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2006. № 1. С. 22-25.
3. Вольхин К. А. Конструкторские документы и правила их оформ-
ления [Электронный ресурс]: учеб. пособие для студентов техн. ун-тов / Новосиб. гос. тех. ун-т. Новосибирск, 2004. URL:
http://graphpowernstu.ru/wolchin/umm/eskd/index.htm. № гос. регистрации 0320400632.
S. Tulchev, O. Jamnikova, A. Inozemtsev
INTEGRATED MANUFACTURABILITY ESTIMATION OF A SHAFT CLASS
PART’S
The article deals with engineering solution quality increase in machine building industry on base of the qualimetric estimation of a shaft class part's manufacturability, that considering the cost, the manufacturing content, engineering and technological unification of the part' elements.
Key words: manufacturability, manufacturing content, unification, engineering,
shaft.
Получено 07.12.10
