CC BY
65
УДК 621.791.03-52
В.В. Шалунов, Д.В. Комаревцев, И.М. Семенихин
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ НА ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНЫХ АВТОМАТАХ ПРОДОЛЬНОГО ТОЧЕНИЯ С
ЧПУ
Описаны особенности методики конструирования структуры технологических операции, выполняемых на токарно-фрезерных автоматах продольного точения с ЧПУ.
Автоматизация проектирования технологических операций, автоматы продольного точения, технологическая подготовка производства, токарная операция
V.V. Shalunov, D.V. Komarevtsev, I. M. Semenikhin
AUTOMATED DESIGN OF PRODUCTION OPERATIONS AT CNC-MILLING MACHINES CNC
LONGITUDINAL TURNING
The features of the structure design methodology process operates at turning and milling machines longitudinal turning with CNC.
Design automation of technological operations, automatic longitudinal turning, production planning, turning operation
Конструктивной особенностью токарно-фрезерных автоматов продольного точения с ЧПУ является наличие многоинструментальных суппортов (одного или двух), имеющих по позиции для размещения резцов и приводных инструментов. Работа всех этих устройств может происходить одновременно, что открывает возможности при проектировании технологической операции организовать рациональное использование параллельной обработки отдельных поверхностей детали.
В соответствии с принятой в разрабатываемой системе проектирования ТП механообработки [1,2] последовательностью проектирования технологических операций первоначально производится оценка возможности реализации рассматриваемого кортежа технологических переходов на данном виде оборудования. Данная процедура носит, скорее, контрольный характер, так как аналогичные действия выполнялись на стадии разработки маршрута ТП, но ее необходимость диктуется требованием дополнительной проверки по уточненным данным. В первую очередь определяется технологическая возможность оборудования по обработке в соответствии с требуемыми параметрами качествами заданных поверхностей и базирования детали по выбранным поверхностям.
Следующей задачей является определение возможных при реализации кортежа технологических переходов средств технологического оснащения. Применительно к данному виду оборудования определение используемого установочно-зажимного приспособления не вызывает трудностей, так как ее номенклатура ограничена оправками типоразмер которых устанавливается в соответствии с диаметральными размерами базовых поверхностей. Формирование же инструментального комплекта для каждой детали носит многовариантный характер, так как отдельная поверхность может быть обработана несколькими видами инструментов. Для генерации вариантов назначения обрабатывающих инструментов для изготовления отдельных видов элементарных поверхностей сформирована база данных, включающая все возможные сочетания использования инструментов для получения каждой элементарной поверхности. Кроме этого, размещение кода конкретного инструмента в базе данных выполнено с учетом относительной станкоемкости реализации технологического перехода (табл. 1).
Формирование варианта комплекта обрабатывающих инструментов для каждого наименования
деталей K-. И р.. И ni} производилось на основе выбора кода инструмента для каждой элементарной поверхности с учетом ряда дополнительных технологических ограничений (систематизированное описание которых представлено в табл. 1.).
Из этих вариантов отсеиваются те, назначение которых невыполнимо по ограничениям, связанным с адресным распределением отдельных инструментов по позициям. Отсев осуществляется по следующим правилам:
- количество инструментов различного наименования, входящих в комплект, не должно превышать 12, С]) < 12 ;
}=1
- количество инструментов, размещение которых предусмотрено только в приводных позициях (сверла, фрезы, зенкеры, развертки, метчики, плашки и т.д.), не должно превышать 4 еди-
п1
ниц,(£С') < 4.
]=1
Прошедшие такой отсев варианты комплектов обрабатывающих инструментов считаются допустимыми для обработки деталей. Из этих вариантов вычленяется лучший с учетом:
- однородности используемых инструментов, как показателя определяющего глубину переналадки при переходе на изготовление новой детали в рамках рассматриваемой номенклатуры;
- ориентировочной станкоемкости (определяемой по укрупненным формулам) изготовления всего комплекта деталей на данном виде оборудования.
Результатом выполненных действий является окончательно сформированный состав средств технологического оснащения для каждой детали, что позволяет перейти к задаче формирования допустимых вариантов структуры технологической операции.
Таблица 1
№ п/п Обрабатываемые поверхности Обрабатывающий инструмент Примечание
1. поверхности за буртом проходной резец
2. наружные цилиндрические, конические и фасонные поверхности одним проходным резцом задняя режущая кромка не должна мешать образованию профиля на детали
3. канавки небольшой ширины на цилиндрической поверхности канавочным резцом профиль резца должен совпадать с профилем канавки
4. закрытые профили большой длины канавочным резцом, фрезой при продольном перемещении
5. обработка отверстий сверла, зенкеры, зенковки, развертки инструмент располагается в трехшпиндельном приспособлении
Учитывая конструктивные особенности станков, выдвинуто предположение, что наибольшее внимание при создании структуры операции должно уделяться максимальному использованию параллельной обработки поверхностей детали. Основываясь на этом положении, разработана методика конструирования структуры операции, особенность которой заключается в том, что рассматривается система, состоящая из отдельных взаимосвязанных компонент, каждая из которых содержит информацию: элементарная поверхность - обрабатывающий инструмент - технологический переход. Каждая компонента сама может быть описана как система, но ее назначение и использование нельзя описать независимо от других компонент системы. Действиям системы присущи совмещенность и параллелизм. Исходя из вышесказанного, объясняется целесообразность разработки методики с использованием теории сетей Петри.
Описание отдельного компонента системы имеет вид:
код обрабатывающего инструмента
элементарная обрабатываемая поверхность
Рассмотрим пошаговую реализацию методики формирования вариантов структуры технологических операций, заключающуюся в рациональном размещении обрабатывающих инструментов по позициям и назначении оптимальной последовательности реализации технологических переходов.
Исходная маркировка спроектированной сети заключается в том, что каждому событию из множества присваивается метка, соответствующая описанию одного из компонентов систе-
мы.
В диапазон задач, решаемых на первом шаге сети входит анализ возможности размещения обрабатывающего инструмента (кодовое обозначение которого включено описание компоненты) в позициях станочной системы:
- реакция множества сетевых переходов {т,,т2,т3,...} зависит от возможности установки инструмента в одном из трех суппортов, регламентированной множеством событий {р”,р”,р” } ;
- реакция множества сетевых переходов {Т , Т^ ,Тз1,...} зависит от возможности установки инструмента в конкретной позиции, что определяется событиями из множества {р12 , р2 ,Рз2 ,...} .Результатом моделирования с использованием аппарата сетей Петри на данном шаге определяются все допустимые решения по размещению инструментов и, как следствие, варианты привязки каждого компонента системы к инструментальным позициям станка.
Р1 Р2 Р3
В дальнейшем производится последовательное объединение комплексов в варианты технологической операции. С этой целью выполняются действия по определению потенциальных возможностей для создания инструментальных наладок. Посредством сконструированной структуры сети и закреплением за множествами сетевых переходов специфических функций, происходит объединение комплексов, не использующих одни и те же инструментальные позиции. Количество множеств сетевых переходов, используемых в данной процедуре, зависит от числа комплексов системы, заданных при исходной маркировки сети, и соответствующих числу технологических переходов в рассматриваемой технологи-148
ческой операции. Последовательный спуск по сети обеспечивает наращивание информации, заключенной в метках, и дополняет формирующиеся варианты размещения инструментов по позициям станка новыми комплексами.
Таким образом, на заключительном этапе определяются все возможные варианты, маркировка каждого из которых включает все комплексы. Этот признак является одним из показателей правильности выполнения моделирования спроектированной сетью.
Следующей стадией разработки структуры технологической операции является задача установления последовательности выполнения технологических переходов. Эта задача отличается также многовариантностью решений, так как при одной инструментальной наладки последовательность и временные интервалы реализации технологических переходов могут быть различны. Первоначально устанавливались варианты реализации технологических переходов по последовательности их выполнения посредством следующих проверок:
— комплексы системы, описывающие обработку одной и той же поверхности, должны быть расположены по порядку реализации технологических переходов;
— учет пространственных ограничений, касающихся пространственного расположения поверхностей (например: отверстие - внутренняя канавка, наружная цилиндрическая поверхность - шлицевая поверхность), производится на основе данных о конструкции обрабатываемой детали,
— анализируются характерные особенности по расположению отдельных технологических переходов в структуре технологической операции (например: отрезка, центровка).
Сформированные последовательности выполнения технологических переходов проверяются на возможность использования параллельной обработки с использованием следующих положений:
— параллельная обработка может быть применена только для соседних по последовательности комплектов системы;
— обязательным условием является требование размещения инструментов на различных суппортах станка;
— не могут быть выбраны комплекты, относящиеся к одной обрабатываемой поверхности;
— учитываются ограничения по пространственному расположению поверхностей;
— перемещения рабочих органов станка при реализации технологических переходов, анализируемых для объединения в параллельную обработку, должны быть близки и не противоречить друг другу.
— допустимые варианты режимов обработки для технологических переходов должны содержать хотя бы одно одинаковое сочетание.
Дополнительно проводится анализ вариантов режимов обработки из множества допустимых по удовлетворению ограничений, отражающих одновременную реализацию технологических переходов. Среди них:
— суммарная мощность, затрачиваемая на резание, не должна превышать эффективной мощности станка;
— суммарное усилие, допускаемое прочностью механизма подачи станка (в случае использования одинаковых кинематических цепей при реализации рассматриваемых переходов), не должно превышать прочность механизма подачи станка.
Таким образом, на основе выполненной проверки и отсеву по ее результатам невозможных для использования решений по структуре технологических операций, формируется множество вариантов, включающее множество вариантов последовательностей выполнения технологии с учетом параллельной реализации технологических переходов. Окончательный выбор структуры технологической операции производится по критериям, отражающим экономическую эффективность выполнения обработки.
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.
Шалунов Вячеслав Викторович - Vyacheslav V. Shalunov -
кандидат технических наук, PhD., Associate Professor «Designing
доцент кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета
Комаревцев Денис Вячеславович -
аспирант кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета
Семенихин Иван Михайлович -
студент ПТК -31 специальности «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета
Статья
of technical and technological complexes» of the Saratov State Technical University
Denis V. Komarevcev -
Pos-graduate student «Designing of technical and technological complexes» Saratov State Technical University
Ivan M. Semenikhin -
3rd year student of sub-department «Designing of technical and technological complexes» Saratov State Technical University
в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
