CC BY
1
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
MACHINE SCIENCE AND BUILDING
УДК 621.7:658.1 doi:10.21685/2072-3059-2022-2-7
Обеспечение принципов базирования обрабатываемых деталей при оценке производственной технологичности
П. Ю. Бочкарев1, Р. Д. Королев2, Л. Г. Бокова3
волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия Саратовский аграрный университет имени Н. И. Вавилова, Саратов, Россия 2,3Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А., Саратов, Россия :bpy@mail.ru, 2rihardkoralev@mail.m, 3bokovalg@mail.ru
Аннотация. Актуальность и цели. Оценка технологичности изделий выполняется на начальных этапах технологической подготовки производства, от качества ее выполнения в определяющей мере зависит эффективность всех последующих действий как по разработке технологических процессов, так и функционированию механообраба-тывающих систем. В настоящее время в связи с отсутствием точного и полного описания метода ее проведения эта оценка напрямую зависит от субъективного опыта технолога и не позволяет выстроить четко формализованную модель, позволяющую перейти к интеллектуализации данной проектной процедуры. Целью работы является повышение качества обработки деталей и эффективности функционирования многономенклатурных производственных систем на основе разработки дополнительных количественных показателей оценки производственной технологичности. Материалы и методы. На примере детали «Крышка» представлена последовательность генерации исходных данных и расчета разработанных новых показателей количественной оценки производственной технологичности, включающая формирование графов взаимосвязей между поверхностями детали, содержащих также информацию о конструкторских базах, требованиях к геометрическим характеристикам и допустимым значениям взаимного их расположения. На основе полученной, преобразованной и формализованной в виде реляционной базы данных информация является основой для определения представленных новых количественных показателей производственной технологичности деталей. Результаты. Разработаны новые показатели количественной оценки производственной технологичности деталей, позволяющие сделать заключение о степени соответствия конструкции изготавливаемой детали возможностям использования принципа единства баз при проектировании технологического процесса ее изготовления. Представлена последовательность генерации, формирования исходных данных и расчет на их основе предложенных показателей. Выводы. Предлагаемые количественные показатели производственной технологичности предоставляют возможность анализа назначения рациональных технологических баз при осуществлении процесса изготовления деталей. Разработанные показатели вместе с известными показателями дают более полную информацию о соответ-
© Бочкарев П. Ю., Королев Р. Д., Бокова Л. Г., 2022. Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License / This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
ствии конструкции детали технологическим методам обработки и позволяют спрогнозировать эффективность функционирования производственных систем при изготовлении рассматриваемых деталей.
Ключевые слова: механообрабатывающее производство, технологическая подготовка производства, количественные показатели производственной технологичности, принципы единства и постоянства баз
Для цитирования: Бочкарев П. Ю., Королев Р. Д., Бокова Л. Г. Обеспечение принципов базирования обрабатываемых деталей при оценке производственной технологичности // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. № 2. С. 82-91. doi:10.21685/2072-3059-2022-2-7
Ensuring the principles of locating workpieces when assessing manufacturability
P.Yu. Bochkarev1, R.D. Korolev2, L.G. Bokova3
1Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia 1Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov, Saratov, Russia 2,3Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Saratov, Russia
1bpy@mail.ru, 2rihardkorolev@mail.ru, 3bokovalg@mail.ru
Abstract. Background. The evaluation of the products' manufacturability is carried out at the initial stages of technological preparation of production, and the quality of its implementation to a decisive extent determines the effectiveness of all subsequent actions, both in the development of technological processes and the functioning of machining systems. Currently, due to the lack of an accurate and complete description of the method of its implementation, this assessment directly depends on the subjective experience of the technologist and does not allow building a clearly formalized model that allows one to proceed to the intellectualization of this design procedure. The purpose of the work is to improve the quality of processing parts and the efficiency of the functioning of multi-product production systems based on the development of additional quantitative indicators for assessing production manufacturability. Materials and methods. On the example of the «Lid» part, the sequence of generating initial data and calculating the developed new indicators for the quantitative assessment of production manufacturability is presented, including the formation of graphs of relationships between the surfaces of the part, containing also information about design bases, requirements for geometric characteristics and permissible values of their relative position. Based on the received, transformed and formalized in the form of a relational database, the information is the basis for determining the presented new quantitative indicators of the production manufacturability of parts. Results. New indicators for the quantitative assessment of the manufacturability of parts have been developed, which make it possible to draw a conclusion about the degree of compliance of the design of the manufactured part with the possibilities of using the principle of unity of bases in the design of the technological process of its manufacture. The sequence of generation, formation of initial data and calculation of the proposed indicators based on them is presented. Conclusions. The proposed quantitative indicators of production manufacturability provide an opportunity to analyze the purpose of rational technological bases in the process of manufacturing parts. The developed indicators, together with the known indicators, provide more complete information about the compliance of the part design with technological processing methods and allow predicting the efficiency of the production systems in the manufacture of the parts in question.
Keywords: machining production, technological preparation of production, quantitative indicators of production manufacturability, principles of unity and constancy of bases
For citation: Bochkarev P.Yu., Korolev R.D., Bokova L.G. Ensuring the principles of locating workpieces when assessing manufacturability. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnicheskie nauki = University proceedings. Volga region. Engineering sciences. 2022;(2):82-91. (In Russ.). doi:10.21685/2072-3059-2022-2-7
Создание методического обеспечения установления связей между целевыми функциями и проектными работами технологической и конструкторской подготовки производственных машиностроительных систем - особо актуальная задача в связи с возрастающей конкуренцией в аспектах обеспечения эффективной работы оборудования при реализации технологических процессов. Данное направление научно-производственных исследований обусловлено требованием обязательного исполнения нормируемых характеристик при изготовлении деталей, которые задаются на этапах конструкторской подготовки производства.
Комплекс вопросов, которые связаны с оценкой производственной технологичности изготавливаемых деталей, стоит на одном из первых мест в развитии механообрабатывающих производственных машиностроительных систем. В настоящее время оценка технологичности изготавливаемых деталей напрямую зависит от опыта технолога (конструктора) и его субъективных знаний, что не гарантирует правильного принятия решений, основывающихся на знании данных об активно развивающихся возможностях и о реальном состоянии производства. Оценка технологичности применяется для отображения взаимосвязи между затратами в момент изготовления детали и ее конструктивными особенностями, она имеет противоречивый характер, а также не имеет точного и полноценного описания процедуры проведения [1-4].
Основными подходами к разрешению существующих в настоящее время проблем являются:
- нахождение весовых значений отдельных показателей технологичности в зависимости от характеристик реального производства и номенклатуры изготавливаемых деталей;
- расширение номенклатуры количественных показателей оценки производственной технологичности, которые нацелены на учет используемых подходов к подготовке производства и особенностей определенных производственных комплексов [5-7].
Основной целью исследования выступает совершенствование методики оценки производственной технологичности на базе формирования дополнительных показателей, которые, в свою очередь, взаимосвязаны с постоянно обновляемыми требованиями к повышению качества продукции, самому процессу производства, а также рациональному применению имеющегося оборудования.
В работах [8, 9] отражены показатели, которые дают возможность ориентации оценки технологичности на конструктивные особенности многономенклатурных комплексов механической обработки и которые учитывают требования определенной производственной системы, условия формирования связей между производственной технологичностью и ее воздействием на технологические аспекты обработки. Представлен состав дополнительных пока-
зателеи оценки производственном технологичности для применения их в системе планирования многономенклатурных технологических процессов.
В технологии машиностроения как науки одним из основополагающих правил, которое применяется при назначении технологических баз для создания технологических процессов, выступает принцип единства и постоянства баз. Известные показатели оценки технологичности не дают открытой и полной возможности для прогноза соответствия конструкции изготавливаемой детали потенциальным возможностям соответствия этим принципам при проектировании технологических процессов их изготовления. Для того чтобы решить эту проблему, необходимо создать абсолютно новые показатели количественной оценки производственной технологичности, которые должны позволить сформировать вывод о реальности соблюдения принципа единства и постоянства баз в процессе разработки технологического процесса и оценить величину этого соответствия.
Предлагаемую последовательность определения разработанных новых показателей количественной оценки производственной технологичности рассмотрим на примере детали «Крышка» (рис. 1).
Рис. 1. Конструкторский эскиз детали «Крышка»
Деталь «Крышка входит в состав регулятора давления газа РДУ80, относится к деталям типа тел вращения и включает в себя внешние и внутренние цилиндрические поверхности, торцы, фаски, пазы, отверстия, внутренние канавки. Для полноценного анализа конструктивных свойств изготавливаемой детали в первую очередь необходимо определить число сечений, в которых формируются размерные связи, которые открывают возможность для раскрытия исчерпывающих данных о пространственных и размерных характеристиках различных составляющих элементов изготавливаемой детали. С этих позиций деталь «Крышка» можно исследовать с применением двух основных секущих плоскостей и, соответственно, двух размерных схем, которые представлены в формате одного диаметрального и одного линейного графа (рис. 2), где А1, Аг, ... Ап - размерные характеристики; Т1, Тг, ... Тп -точностные характеристики поверхностей детали.
Рис. 2 Конструкторские графы детали «Крышка»: а - линейные размеры; б - диаметральные размеры
(2)
Примечание. - символьное обозначение на графе, включающее: номер поверхности по нумерации поверхностей на конструкторском чертеже (рис. 1) (в верхней части обозначения); кодировка элементарной поверхности, регламентированная в системе планирования многономенклатурных технологических процессов (в нижней части обозначения).
Для выполнения оценки технологичности изготавливаемой детали с точки зрения построения прогнозных данных об уровне удовлетворения требования единства баз в процессе проектирования технологического процесса изготовления необходимым и обязательным условием является проведение исследования информации, формируемой в результате анализа эксплуатационных конструкторских баз деталей при ее работе непосредственно в самом узле (рис. 3).
Деталь «Крышка» (выделена утолщенной линией) входит в состав изделия регулятора давления газа РДУ-80-50, предназначенного для редуцирования газа высокого давления на газораспределительных станциях. Деталь предназначена для соединения с одной стороны с корпусом, а с другой сто-
роны с фланцем, который соединяется с другим фланцем. Для рассматриваемой детали конструкторскими базами являются: поверхности 18, 26 и 34 (рис. 4). Для фиксации этих данных в построенные графы введены дополнительные обозначения для поверхностей детали, которые являются конструкторскими базами (символьное обозначение поверхностей заключается в квадрат).
Рис. 3. Деталь «Крышка», входящая в изделие регулятора РДУ-80-50
лшц /Ьп
(ir^r т
а)
б)
Рис. 4. Графы, дополненные информацией о конструкторских базах: а - линейные размеры; б - диаметральные размеры
к/Ш///
Примечание. N Л - номер поверхности (18) в соответствии с рис. 1, ниже номера приведена кодировка поверхности в системе планирования технологических процессов, квадрат означает, что эта поверхность является конструкторской базой.
При выборе технологических баз в ходе создания технологических процессов особенно важно уделять внимание не только размерным характеристикам, но и заданным параметрам, определяющим требования к геометрической форме поверхностей, с этой целью граф насыщается данной информацией, полученной с конструкторского чертежа детали (рис. 5).
Необходимо выделить требование принципа единства и постоянства баз в процессе разработки технологического процесса. Например, кроме геометрических и размерных характеристик, необходимо принять во внимание ограничения, которые отмечены в конструкторской документации и устанавливают предельные значения взаимного расположения поверхностей относительно друг друга. Также важно учитывать позиционный допуск, включающий в себя взаимное расположение поверхностей и допустимое отклонение от геометрической формы. Основываясь на анализе данной информации, граф можно дополнить необходимыми данными (рис. 5).
Рис. 5. Графы, дополненные информацией о взаимном расположении поверхностей и позиционных допусках
Спроектированный граф дает возможность для последующего проведения формализованной обработки сгенерированной информации о конструктивных характеристиках изготавливаемой детали, без которой невозможно проведение анализа удовлетворения требований по факту назначения технологических рациональных баз при будущей разработке технологического процесса изготовления детали. Полученные данные представляются в формате реляционной базы, которая включает в себя информацию о взаимосвязях между всеми элементами изготавливаемой детали для каждого размера и других норм, представленных на конструкторском чертеже.
Представленная модель последовательности формирования данных служит базой для разработки новых количественных показателей производственной технологичности, позволяющих установить взаимосвязь между возможностью создания технологических процессов, отвечающих принципу единства и постоянства баз и конструктивными особенностями деталей. С использованием ее предложен показатель производственной технологичности детали, отражающий возможность соблюдения принципа единства баз при разработке технологического процесса в части оценки взаимосвязей между поверхностями детали и поверхностью, являющейся основной конструкторской базой:
i М
KEO = M Z NO , i=1
M
где М - суммарное количество размеров и требований на конструкторском чертеже детали, устанавливающих взаимосвязи между поверхностями; NО7 е {0,1| показывает наличие или отсутствие взаимосвязи каждой из поверхностей детали с основной конструкторской базой, установленных 7-м размером или требованием.
Предложен показатель производственной технологичности детали, отражающий возможность соблюдения принципа единства баз при разработке технологического процесса в части оценки взаимосвязей между поверхностями детали и поверхностями, являющимися вспомогательными конструкторскими базами:
где N087 е{0,1| указывает на наличие или отсутствие взаимосвязи каждой
из поверхностей детали с вспомогательными конструкторскими базами, установленных 7-м размером или требованием.
Проведенный расчет разработанных показателей производственной технологичности для детали «Крышка»: Кео = 0,67, Кеов = 0,62.
Разработанные количественные показатели оценки производственной технологичности обеспечивают углубление и расширение получаемых знаний, которые приобретаются в процессе отработки изготавливаемых деталей на технологичность и учет специфичности технологической подготовки, особенно в условиях многономенклатурного производства, что определяет их несомненную востребованность в современных условиях.
Полученные результаты и созданные формализованные методы по применению предлагаемых дополнительных количественных показателей производственной технологичности открывают возможность получения прогнозных данных на начальных этапах формирования технологического процесса изготовления деталей о вероятности назначения рациональных технологических баз. Разработанные показатели в совокупности с уже известными показателями позволяют дать более подробное представление о соответствии конструкции изготавливаемых деталей технологическим требованиям и методам обработки и тем самым помогают выполнить более точное и обоснованное прогнозное заключение о результативности работы производственной механообрабатывающей системы при изготовлении конкретных деталей.
Список литературы
1. Васильев А. С., Дальский А. М., Золотаревский Ю. М., Кондаков А. И. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / под ред. А. И. Кондакова. М. : Машиностроение, 2005. 352 с.
Заключение
2. Суслов А. Г. Технология машиностроения : учебник. М. : Кнорус, 2013. 336 с.
3. Базров Б. М. Обеспечение технологичности конструкции изделия // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 8 (110). С. 18-22.
4. Безъязычный В. Ф. Основы технологии машиностроения : учебник для вузов. 3-е изд., исправл. М. : Инновационное машиностроение, 2020. 568 с.
5. Митин С. Г., Бочкарев П. Ю., Бокова Л. Г. Автоматизация оценки производственной технологичности изделия в условиях многономенклатурных производственных систем // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 9 (39). С. 44-48.
6. Бокова Л. Г., Бочкарев П. Ю. Разработка показателей для оценки производственной технологичности деталей в системе планирования технологических процессов механообработки // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 3-1 (33-1). С. 29-35.
7. Бокова Л. Г., Бочкарев П. Ю., Королев Р. Д. Оценка производственной технологичности деталей в системе планирования многономенклатурных технологических процессов : учеб. пособие. Саратов : Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2018.
8. Бочкарев П. Ю., Бокова Л. Г. Оценка производственной технологичности деталей в условиях многономенклатурных механообрабатывающих систем // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. 2017. № 1 (40). С. 250-254.
9. Бочкарев П. Ю., Бокова Л. Г. Оценка производственной технологичности : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2017. 132 с.
References
1. Vasil'ev A.S., Dal'skiy A.M., Zolotarevskiy Yu.M., Kondakov A.I. Napravlennoe formirovanie svoystv izdeliy mashinostroeniya = Directed formation of properties of engineering products. Moscow: Mashinostroenie, 2005:352. (In Russ.)
2. Suslov A.G. Tekhnologiya mashinostroeniya: uchebnik = Mechanical engineering technology: textbook. Moscow: Knorus, 2013:336. (In Russ.)
3. Bazrov B.M. Ensuring the manufacturability of the product design. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii = Science-intensive technologies in mechanical engineering. 2020;(8):18-22. (In Russ.)
4. Bez"yazychnyy V.F. Osnovy tekhnologii mashinostroeniya: uchebnik dlya vuzov = Fundamentals of mechanical engineering technology: textbook for universities. 3rd ed., rev. Moscow: Inovatsionnoe mashinostroenie, 2020:568. (In Russ.)
5. Mitin S.G., Bochkarev P.Yu., Bokova L.G. Automation of the assessment of the production manufacturability of a product in the conditions of multi-product production systems. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii = Science-intensive technologies in mechanical engineering. 2014;(9):44-48. (In Russ.)
6. Bokova L.G., Bochkarev P.Yu. Development of indicators for assessing the manufacturability of parts in the planning system of technological processes of machining. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta = Science vector of Togli-atti State University. 2015;(3-1):29-35. (In Russ.)
7. Bokova L.G., Bochkarev P.Yu., Korolev R.D. Otsenka proizvodstvennoy tekhnolo-gichnosti detaley v sisteme planirovaniya mnogonomenklaturnykh tekhnologicheskikh protsessov: ucheb. posobie = Evaluation of the production manufacturability ofparts in the planning system for multi-nomenclature technological processes: textbook. Saratov: Izd-vo Sarat. gos. tekhn. un-ta, 2018. (In Russ.)
8. Bochkarev P.Yu., Bokova L.G. Evaluation of the production manufacturability of parts in the conditions of multi-product machining systems. Vestnik Ry-binskoy gosudar-stvennoy aviatsionnoy tekhnologicheskoy akademii im. P. A. Solov'eva = Bulletin of Rybinsk State Aviation Technological Academy named after P. A. Soloviev. 2017;(1):250-254. (In Russ.)
9. Bochkarev P.Yu., Bokova L.G. Otsenka proizvodstvennoy tekhnologichnosti: ucheb. posobie = Assessment of industrial manufacturability: textbook. Saint Petersburg: Lan, 2017:132. (In Russ.)
Информация об авторах / Information about the authors
Петр Юрьевич Бочкарев доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии машиностроения и прикладной механики, Волгоградский государственный технический университет (Россия, г. Волгоград, пр. им. Ленина, 28); профессор кафедры технического обеспечения АПК, Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова (Россия, г. Саратов, Театральная пл., 1)
E-mail: bpy@mail.ru
Рихард Джахангилович Королев аспирант, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77)
E-mail: rihardkorolev@mail.ru
Лариса Геннадьевна Бокова
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А. (Россия, г. Саратов, ул. Политехническая, 77)
E-mail: bokovalg@mail.ru
Petr Yu. Bochkarev
Doctor of engineering sciences, professor, professor of the sub-department of engineering technology and applied mechanics, Volgograd State Technical University (28 Lenina avenue, Volgograd, Russia); professor of the sub-department of technical support of the agro-industrial complex, Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov (1 Teatralnaya square, Saratov, Russia)
Rikhard D. Korolev Postgraduate student, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (77 Politekhnicheskaya street, Saratov, Russia)
Larisa G. Bokova
Candidate of engineering sciences, associate professor of the sub-department of mechanical engineering technology, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (77 Politekhnicheskaya street, Saratov, Russia)
Поступила в редакцию / Received 17.03.2022
Поступила после рецензирования и доработки / Revised 11.04.2022 Принята к публикации / Accepted 29.04.2022
