Научная статья на тему 'Разработка и принятие рациональных решений при проектировании технологических операций обработки группы отверстий'

Разработка и принятие рациональных решений при проектировании технологических операций обработки группы отверстий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
251
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЛГОРИТМ / СИСТЕМА КООРДИНАТ / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / ПРОСТОИ / ЦЕЛЕВАЯ ФУНКЦИЯ / ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА / КОРПУСНАЯ ДЕТАЛЬ / МНОГОЦЕЛЕВОЙ СТАНОК / ГРУППА ОТВЕРСТИЙ / РАБОЧЕЕ ПОЛЕ СТАНКА / БАЗОВАЯ ПЛОСКОСТЬ ЗАГОТОВКИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Соловьёв А.И., Джафарова Ш.И.

Выпуск машиностроительной продукции ведут на дорогостоящих многоцелевых станках, позволяющих за один установ заготовки обработать группу отверстий в корпусной детали со всех сторон. Эксплуатационные исследования, проведенные на участке из шести пятикоординатных станков с ЧПУ, позволили оценить их фактическую производительность, потери времени по переналадке и организационным причинам. Снижение длительности этих потерь времени и является целью данного исследования. Задачи исследования заключаются в необходимости определения минимального числа операций (установов) обработки заготовки при максимальном числе обрабатываемых отверстий из их заданного массива. Предложенная целевая функция позволяет отнести эти задачи к области целочисленного дискретного программирования с однородными критериями и решить их в три этапа. По разработанным моделям и алгоритмам проведён ряд вычислительных экспериментов. Установлено, что для уменьшения простоев по переналадке следует выбирать для обработки партии деталей рациональной величины, а так же увеличивать концентрацию переходов обработки в одной операции. Для этого рекомендуется применять разработанные математические модели, алгоритмы и программы, которые могут быть использованы в качестве модулей в автоматизированных системах проектирования ТПП. Это позволяет сократить в 3-5 раз время поиска рационального варианта расположения детали в рабочем поле станка, способствует улучшению качества принимаемых проектных решений и уменьшению простоев по организационным причинам.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Соловьёв А.И., Джафарова Ш.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Разработка и принятие рациональных решений при проектировании технологических операций обработки группы отверстий»

Наука и Образование

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 12. С. 11-25.

Б01: 10.7463/1215.0828380

Представлена в редакцию: Исправлена:

© МГТУ им. Н.Э. Баумана

05.11.2015 21.11.2015

УДК 62 1.9.06-52

Разработка и принятие рациональных решений при проектировании технологических операций обработки группы отверстий

Соловьёв А. И.1*, Джафарова Ш. И.

а-&о1оуеу@Ьк-ги

:МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

1

Выпуск машиностроительной продукции ведут на дорогостоящих многоцелевых станках, позволяющих за один установ заготовки обработать группу отверстий в корпусной детали со всех сторон. Эксплуатационные исследования, проведенные на участке из шести пятикоординатных станков с ЧПУ, позволили оценить их фактическую производительность, потери времени по переналадке и организационным причинам. Снижение длительности этих потерь времени и является целью данного исследования. Задачи исследования заключаются в необходимости определения минимального числа операций (установов) обработки заготовки при максимальном числе обрабатываемых отверстий из их заданного массива. Предложенная целевая функция позволяет отнести эти задачи к области целочисленного дискретного программирования с однородными критериями и решить их в три этапа. По разработанным моделям и алгоритмам проведён ряд вычислительных экспериментов. Установлено, что для уменьшения простоев по переналадке следует выбирать для обработки партии деталей рациональной величины, а так же увеличивать концентрацию переходов обработки в одной операции. Для этого рекомендуется применять разработанные математические модели, алгоритмы и программы, которые могут быть использованы в качестве модулей в автоматизированных системах проектирования ТИП. Это позволяет сократить в 3-5 раз время поиска рационального варианта расположения детали в рабочем поле станка, способствует улучшению качества принимаемых проектных решений и уменьшению простоев по организационным причинам.

Ключевые слова: технологическая подготовка производства, корпусная деталь, многоцелевой станок, проектное решение, группа отверстий, система координат, рабочее поле станка, целевая функция, базовая плоскость заготовки, алгоритм, производительность, простои

Высокоэффективная эксплуатация всех средств технологического оснащения приобретает всё большее значение в условиях растущей конкуренции на рынке машиностроительной продукции.

На предприятиях используют дорогостоящие переналаживаемые станки с целью адаптации высокопроизводительных схем построения автоматизированных операций к

изменению производственных задач, возникающих в связи с изменением объектов производства и объема их выпуска.

Для обработки трудоемких деталей, например корпусных, широкое применение находят многоцелевые станки (МС) с пятью управляемыми координатами, позволяющие за один установ обработать деталь со всех сторон.

По своим технологическим возможностям и компоновке пятикоординатные МС разделяют на станки горизонтальной компоновки с двухкоординатными поворотными столами: мод. ГС 8-500, ГС 3-12 (Россия); GSP 5В (Франция); Prince — 500 (Италия) [1,2]; и комбинированные станки, меняющие свою компоновку путем несложной переналадки в зависимости от типа обрабатываемых деталей.

Особенно эффективно используют для обработки группы отверстий, произвольно расположенных в детали, станки с двухкоординатными поворотными столами (рис. 1).

I

Рис.1. Компоновка двухкоординатного поворотного стола с горизонтальной осью вращения С и

вертикальной осью В: 1 - приспособление

Корпусные детали гидро-, пневмооборудования имеют около 80% отверстий диаметром 3-20 мм и около 70% — длиной 20-100 мм. Общее число отверстий достигает нескольких десятков при различном их пространственном расположении (рис.2).

Трудоемкость обработки отверстий таких корпусных деталей составляет более 25% от суммарной трудоемкости механической обработки, в том числе на станках с ЧПУ - 5%.

Оценить уровень организационно-технологической подготовки автоматизированного производства, выявить резервы повышения производительности обработки деталей можно, зная среднестатистические данные параметров работоспособности автоматизированных участков и отдельных единиц технологического оборудования. При этом нужно иметь ввиду, что процесс их функционирования имеет стохастический характер связи с такими факторами, как отказы в работе станков, их переналадка при смене объектов производства, износ и поломка инструментов, сбои в организации работ.

Рис. 2. Аппроксимированная модель корпусной детали с системами координат (а) и возможные схемы

расположения отверстий (б)

Для оценки резервов повышения производительности обработки группы отверстий в качестве прототипа автоматизированного участка был выбран участок из шести автономно действующих станков с ЧПУ модели ГС8 - 500. Станок с горизонтальным шпинделем, перемещающимся по трем координатам, оснащен, двухкоординатным поворотным столом с горизонтальной и вертикальной осями вращения [2]. Участок работает в условиях достаточно стабильного ассортимента группы корпусных деталей 14 наименований. Переналадки станков обусловлены тем, что ни один из шести станков не может быть полностью загружен обработкой деталей одного наименования. Обрабатываемые заготовки закрепляют в стационарных приспособлениях, установленных на рабочей плоскости стола осью С (рис.1).

Проведенные на участке эксплуатационные исследования [3,4] включали фактические наблюдения и замеры затрат времени в течение 15 рабочих смен, обработку результатов наблюдений и расчеты параметров работоспособности оборудования: коэффициенты использования станков пис и технического использования птех; потери по переналадке, организационным причинам и собственные внецикловые; фактическую производительность. Полученная среднесменная производительность отличается от среднегодовой на 3,9 %, что подтверждает типичность выбранного периода наблюдений. В качестве обобщенных характеристик группы обрабатываемых деталей определяли среднее число единичных рабочих ходов инструмента при обработке одной детали за один установ (операцию) £ = 9,4 рабочих ходов/деталь, среднее время единичного рабочего хода инструмента 11ср = 0,61 мин, машинное время 1 маш = 11,1 мин, среднюю длительность рабочего цикла Т = 13,45 мин.

Анализ показывает, что оборудование работает 68,57 % планового фонда времени (табл.1). Набольший удельный вес имеют простои по переналадке (20,1 %), оборудованию (31,55 %), организационным причинам (44,52 %).

Простои по переналадкам зависят, прежде всего, от их частоты. Всего за время наблюдений зафиксировано 36 переналадок длительностью 20...255 мин при средней длительности 0ср пер = 75,7 мин.

Очевидно, эти потери можно уменьшить, сократив число переналадок в результате повышения степени концентрации переходов обработки, проводимых за один установ заготовки.

Таблица 1 Баланс затрат планового фонда времени работы участка из станков модели ГС8-500

Категории и содержание затрат времени % к фонду времени % к общей величине простоев

По инструменту 0,383 1,218

« о н По оборудованию 9,916 31,546

По организационным причинам 13,994 44,520

о £ По браку 0,821 2,612

По переналаживанию 6,319 20,104

Итого: 31,433 100,0

Установка заготовки 3,754

03 н о Снятие детали 3,365

^ Рч Работа станка 61,448

Итого: 68,567

Всего: 100,0

В простоях по организационным причинам скрыты нерационально принятые конструкторские и технологические решения, касающиеся технологической подготовкой производства (ТПП) [5].

Снижение этих потерь времени и является целью данного исследования.

Анализ характеристик обрабатываемых деталей (Б и ^ ) показал, что наибольшее влияние на длительность рабочего цикла и коэффициент производительности оказывает увеличение числа единичных рабочих ходов Б, так как при этом одновременно возрастает время рабочих и вспомогательных ходов. При увеличении ^р возрастает только время рабочих ходов, поэтому влияние этого параметра (здесь и далее) не столь ярко выражено

Т = ср -5 + 2,3 6 + 0,5 7 -5,

77 ~ ¿1ср ■ 5 + 2,36 + 0,57 ■ 5

Увеличение числа единичных рабочих ходов соответствует повышению концентрации переходов обработки в одном установе, а следовательно, увеличению Т и п. Однако при обработке достаточно большого числа отверстий часто требуется осуществить несколько установов заготовки. Тогда возникает необходимость определения рационального соотношения числа установов и обрабатываемых отверстий [6].

Конструктивные особенности станка, специфика проектирования технологических процессов и разработки управляющих программ выдвигают перед технологом ряд сложных технических задач, которые решались в данной работе, а именно: определение минимального количества приспособлений (установов), необходимых для обработки группы отверстий, и схемы установки заготовки на столе станка, обеспечивающей обработку максимального числа отверстий на каждом установе; расчет геометрических параметров позиций обработки каждого отверстия как исходной информации для управляющей программы. Под позицией обработки понимают такую ориентацию поворотных столов, при которой ось отверстия занимает положение параллельное оси инструмента, а точка входа в отверстие расположена ближе к инструменту, чем точка выхода.

Эффективность использования многоцелевых станков [7] определяется в первую очередь степенью обоснованности принимаемых решений по выбору положения заготовки в рабочем поле (РП) станка и числом обрабатываемых в одной операции отверстий, что является одной из решаемых задач.

Ограничения РП станка существенно затрудняют определение рациональной компоновки и выбор исходной ориентации заготовки на станке. Существующий способ проектирования основан на применении методов начертательной геометрии с поиском наиболее рационального решения.

Поиск такого решения - трудоемкий процесс, требующий применения электронно-вычислительной техники [8]. При этом можно использовать две методики поиска: по первой моделируют работу разработчика и по описанию назначенного исходного положения заготовки на столе станка получают информацию о позициях обработки конкретных отверстий; вторая методика отличается более высокой степенью универсальности и позволяет по описанию геометрических параметров отверстий определить рациональное количество приспособлений (установов) и схемы установки заготовки, удовлетворяющие условиям обработки. Здесь оказываются тесно взаимосвязаны вопросы ТПП по сокращению

сроков проектирования операционной технологии и оснастки для нее, а значит простоев по организационным причинам и переналадке.

Задача формулируется следующим образом: определить минимальное количество установов (операций) заготовки при максимальном числе обрабатываемых отверстий из заданного массива. Целевую функцию запишем в виде

(1)

где - суммарное число отверстий, обрабатываемых за установов;

г = 1 ,2 , 3 ,. ..,Р - номера установов, принятых для обработки; I = 1, 2, 3... к - номера отверстий обрабатываемого массива.

В такой постановке задача может быть отнесена к задачам целочисленного дискретного программирования с однородными критериями [9, 10] и решена поэтапно.

Процесс проектирования осуществляют в три этапа. На первом этапе укрупненно выделяют такие группы отверстий, которые являются совместными в обработке на одном установе (одной операции). На втором - для каждой группы совместных отверстий находят рациональное положение заготовки в РП станка. На третьем - для рационального положения определяют координаты базовой плоскости заготовки (соответствующие координаты плоскости приспособления, на которую устанавливают заготовку) относительно плоскости стола с горизонтальной осью вращения. Приспособление закрепляют на плоскости этого стола (рис.1).

Таким образом получают компоновочные данные для проектирования приспособления и составления управляющей программы на каждый рациональный установ (операцию).

Для реализации процесса автоматизированного проектирования разработана математическая модель, которая позволяет описать процесс обработки отверстий в корпусной детали, представляющей собой многогранник с неограниченным количеством произвольно ориентированных плоскостей и отверстий. Она оперирует с пространственно расположенными системами координат, точками и векторами. В математической модели использованы среднестатистические данные, полученные при эксплуатационных исследованиях производительности обработки на участке из станков с ЧПУ. Выявлено, что при обработке отверстий с двух, трех и четырех сторон возможны не более двух вариантов расположения плоскостей. Входными данными модели являются элементарные поверхности, описанные по размерам, указанным на выбранных плоскостях (видах, разрезах, сечениях) рабочего чертежа, с которыми совмещают вспомогательные системы координат (ВСК). Благодаря этому сложное пространственное описание геометрических элементов сводится к описанию геометрических элементов на плоскости (рис. 2, а).

ВСК задают тремя точками относительно системы координат детали (СКД). Начала СКД обычно совмещают с одним из базовых элементов детали.

Отверстие задают в ВСК вектором, совпадающим с осью отверстия, и определяют точкой входа, направлением в пространстве и величиной.

На первом этапе проектирования рассмотрим лишь взаимное положение векторов отверстий в пространстве. Оперируя ими как единичными, сведем начало векторов в какую-либо одну точку пространства и получим сферическое векторное поле. Так как множество заданных для обработки отверстий является конечным множеством и относительно невелико, для определения групп отверстий, совместных в обработке, принят метод полного перебора. Совместными в обработке считают такие отверстия, которые можно обработать за один установ заготовки. В нашем случае совместны те отверстия, которые находятся в безаварийном рабочем поле (БРП) станка, имеющем форму кругового конуса с углом раствора ср (рис. 3,а).

Возьмем два вектора: Щ - отверстие, произвольно расположенное в пространстве, с координатами х г,уг и Щ. - отверстие, лежащее на оси БРП, с координатами хг,уг,гг. Их скалярное произведение представляет собой косинус угла между ними:

¿.Щ = хгх I + угу I + 2Г2Х = С О Б ф , (2)

где - номер отверстия из заданного для обработки массива. Из со-

отношений расположения БРП и векторов отверстий (2) в рассматриваемом направлении отверстиям, совместным в обработке, присваивают значение «1», если ¿.Щ — А > 0, и «0» если ¿.Щ — А < 0. Здесь А = с о б — - косинус угла полураствора конуса БРП.

а) б)

Рис. 3. Схемы определения формы безаварийного рабочего поля (а) и рационального положения заготовки в рабочем поле станка (б): 1 - стол с горизонтальной осью вращения С; 2 и 3 - крайние положения каретки со

шпинделем

Направление с наибольшим числом единиц считают рациональным и принимают для проектирования первого установа (операции). Отверстия, обрабатываемые на первом установе, удаляют из заданного массива, а с остальными процедуру повторяют до определения нового рационального направления второго установа и т.д.

Суммарное число отверстий, обрабатываемых за г установов, определяют как объединение множеств отверстий, обрабатываемых на каждом оптимальном установе:

И г=1И ?= 1 Бг г = И ?= 1 Б г (г=1 ) и Ц "= ! Б г (г=2 ) и . . .и £ ™ х Б г (г=(3)

Вычисления продолжают до тех пор, пока выполняется условие для соседних сумм установов:

Е?= 1 Бгг-Е 1Бг г ^ Ккр, (4)

где ККр - минимальное (критическое) число отверстий, обрабатываемых при -ом установе.

ККр является критерием для оценки целесообразности применения дорогостоящего пятикоординатного станка с ЧПУ исходя из минимума затрат неполного штучно-калькуляционного времени на обработку некоторой партии деталей.

Проведенные эксплуатационные исследования на участке из станков мод. ГС 8-500 и одношпиндельных сверлильных полуавтоматов вертикальной компоновки мод. Т20-300V (Германия) позволили получить следующее выражение:

45,ЗЗЯ+13,37Я+46т+(1,58т+0,43)2

33+0,11г

К кр = --, (5)

где П - ориентировочное количество установов (приспособлений), необходимых для обработки заданного массива отверстий; И - число различных диаметров инструментов, необходимых для обработки заданного массива отверстий; - коэффициент, учитывающий возможность обработки на одном установе (приспособлении) отверстий разного диаметра; 2 - число деталей в партии.

Для каждого рационального установа на печать выводят его номер, номера и сумму обрабатываемых отверстий.

Нахождение рационального положения детали в РП станка производят при ее дискретном перемещении по координатным осям Опхп, Оп7пи углу Я (рис.3,б) на втором этапе проектирования. Здесь (р , О, Л) - вектор рационального направления заготовки на данном установе.

Введем приведенную систему координат станка (ПСКС), начало отсчета которой совпадает с точкой пересечения осей вращения столов станка (рис.3), и переведем в нее принятые для обработки на каждом установе векторы рациональных направлений и отверстий.

В каждой фиксированной точке 11,...,33 РП станка рассчитывают параметры позиций обработки отверстий как совместных для данного установа, так и остальных 1 ,..., к). Это позволяет найти варианты для включения в группы отверстий, совместных в

обработке, отверстия, ранее сюда не входившие. При этом учитывают ограничения, обусловленные конструктивными особенностями станка, и возможные ситуации столкновений его рабочих органов при обработке.

На рис. 3,а ситуация столкновения обозначена точкой "К". Разработан специальный алгоритм моделирования таких ситуаций, оперирующий аппроксимированной моделью сдвоенных поворотных столов (рис.1 и 3,а) и шпиндельного узла с кареткой.

Отверстиям, дополнительно включенным в группу совместных, присваивают значение "1" и распечатывают номер установа, номера и сумму обрабатываемых отверстий. Такую процедуру проводят для каждого рационального установа.

По результатам предыдущего этапа определяют координаты базовой плоскости заготовки в ПСКС относительно плоскости стола с горизонтальной осью вращения С (плоскость хпОпуп, рис. 3). С этой целью используют координаты точек входа двух базовых отверстий и третьей произвольной точки, расположенной на базовой плоскости заготовки.

По разработанным алгоритмам проведен ряд вычислительных экспериментов. Для корпусной детали закодированы группы обрабатываемых отверстий в количестве 39 штук. Деталь имеет шесть вспомогательных систем координат.

Различные условия пространственного расположения отверстий моделировали путем назначения для обработки отверстий, находящихся с разных сторон детали, а также различного количества и сочетаний этих сторон. Обрабатываемую деталь представляют в виде параллелепипеда (рис.2,а и 3,б), где номера сторон соответствуют номерам ВСК.

Определено, что за один уставов заготовки можно обработать 33-57% отверстий при общем количестве установов (операций) не более шести. При каждом последующем уста-нове число обрабатываемых отверстий уменьшается, что указывает на снижение концентрации переходов на установах с большими порядковыми номерами. В корпусах средних размеров за три установа можно обработать более 77% отверстий в зависимости от числа сторон, на которых они расположены. При этом отмечено существенное изменение (выравнивание) числа обрабатываемых отверстий на установах 1...3 по мере увеличения в детали числа сторон с отверстиями. Если для первого установа, при числе сторон с отверстиями от 1 до 6, число обрабатываемых отверстий уменьшается в 3 раза, то для второго и третьего во столько же раз увеличивается и составляет 33% за первый установ, 26% - за второй, 18% - за третий при их расположении на шести сторонах корпуса (рис. 4).

Исследуем изменение фактической производительности станка в зависимости от средней величины партии деталей Ъ [11] и сложности их конструкции, при различной средней длительности единичных рабочих ходов 1;1ср.

Для этого получено выражение:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2ф = 1/[ г1срБ + г2Б + + 7,29 + (27,63 + 4,93 Б) /2],

где гх2 - среднее время единичного позиционирования (единичной замены координаты).

во

I

I

но

■а-

§ 20 I

4 а

\у 'с тс 7Н06 7

Ус тан об г

/Ус тпо но83 1

5 6

/23* Количество сторон, шт

Рис. 4. Изменение количества отверстий в зависимости от количества сторон с отверстиями, обрабатываемыми на разных установах корпусной детали

Заметное падение производительности происходит при партии деталей менее 50 шт.

Весьма показательным является изменение баланса затрат планового фонда времени в зависимости от частоты переналадок. Уменьшение величины партии деталей вызывает резкое снижение удельного времени работы оборудования и рост простоев по переналадке (рис. 5). При Ъ = 20 шт. оборудование больше переналаживается, чем работает. В такой ситуации остальные пути повышения производительности, кроме снижения затрат времени на переналадку, отступают на второй план.

Таким образом установлено, что для уменьшения простоев по переналадке в обобщенных характеристиках группы обрабатываемых деталей следует увеличивать в первую очередь среднее число единичных рабочих ходов инструмента Б за один установ. То есть увеличивать концентрацию переходов обработки в одной операции, а так же выбирать для обработки партии деталей рациональной величины. В исследованных условиях не менее 20-50 штук.

Для реализации развития принципа увеличения концентрации переходов обработки рекомендуется применять разработанные математические модели, алгоритмы и программы, которые могут быть использованы в качестве модулей или их частей в автоматизированных системах проектирования ТПП. Это позволяет сократить в 3-5 раз время поиска рационального варианта расположения детали в РП станка при разработке операционной технологии, рассмотреть и проанализировать большее, чем обычно, число таких возмож-

ных вариантов, способствует улучшению качества принимаемых проектных решений. Таким образом могут быть уменьшены простои по организационным причинам.

Рис. 5. Изменение производительности станка от средней величины партии обрабатываемых деталей и среднего количества единичных рабочих ходов инструмента

Изложенная методика проведения эксплуатационных исследований и определения статистических параметров работоспособности автоматизированных участков и отдельных станков с ЧПУ может быть применена для реорганизации производств с изменяемой организационно-технологической структурой.

Список литературы

1. Волоценко П.В. Агрегатно-модульный принцип построения многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков: Обзор. М.: НИИмаш, 1982. 52 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 1 / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001. 944 с.

3. Соловьев А.И., Джафарова Ш.И. Оценка производительности участка при организации производства // Справочник. Инженерный журнал. 2004. № 1. С. 42-45.

4. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроние, 2007. 380 с.

5. Бурцев В.М., Васильев Ф.С., Деев О.М., Игнатов А.В., Кондаков А.И., Максимович Б.Д., Никадимов Е.Ф., Соловьев А.И., Тавров В.И., Тихонов В.П., Ястребова Н.А. Технология машиностроения: учебник для вузов. В 2 т. Т. 2. Производство машин / под ред. Г.Н. Мельникова. 3-е изд., испр. и перераб. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 551 с.

6. Холмогорцев Ю.П. Оптимизация процессов обработки отверстий. М.: Машиностроние, 1984. 184 с.

7. Жилин В.П. Повышение производительности в условиях экспериментального машиностроения // Новые технологии. М.: МГОУ, 1999. № 5. С. 29-32.

8. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 360 с.

9. Подиновский В.В. Введение в теорию важности критериев в многокритериальных задачах принятия решений. М.: Физматлит, 2007. 64 с.

10. Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М.: Ленанд, 2015. 194 с.

11. Серебряный В.Г. Выбор оптимального размера партии при обработке деталей в условиях гибкого автоматизированного производства // Станки и инструменты. 1985. № 6. С. 23-30.

Science ¿Education

of the Baumail MSTU

Science and Education of the Bauman MSTU, 2015, no. 12, pp. 11-25.

DOI: 10.7463/1215.0828380

Received: 05.11.2015

Revised: 21.11.2015

© Bauman Moscow State Technical Unversity

Elaborating and Making Rational Decisions in Designing Process Operations of a Group of Holes

A.I. Solov'ev1*, Sh.I. Djafarova1

a -solovev^bk ju

1Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia

Keywords: technological preparation of production, Cabinet detail, machining, project design, group of holes, the coordinate system of the working field of the machine, the task function, the reference plane of the workpiece, algorithm, performance, downtime

To manufacture engineering products are used expensive multi-purpose CNC machines with five operated coordinates, allowing a single setup of the work-piece to process a group of holes in the housing part from all sides.

Because of the haphazard arrangement of a large number of holes available in the space it is difficult to ensure the effective use of these machines.

Onsite operational research, conducted on six CNC GS-500 models, involved actual observations and time measurements during 15 working shifts, processing of observation results, and calculations of equipment performance parameters such as machine utilization rate, arrangement and changeover time loss, and real output. Time loss (downtime) because of arrangement amounted 44.52%, while that of due to changeover was 20.1% of the total downtime value. These downtimes hide irrational design solutions concerning the engineering process and a large number of changeovers for a new operation to process a group of the specified work-pieces.

It is found that to reduce the changeover downtimes it is necessary to increase, first of all, the average number of single tool travels per one setup in generalized characteristics of a group of the work-pieces. That means to increase a changeover concentration of processing within a single operation, as well as to choose rational values for machining a batch of the work-pieces. Under study conditions, it is, at least. 20-50 pieces.

To implement a development of the principle of increasing concentration of the processing changeovers it is advised to apply the developed mathematical models, algorithms, and programs that can be used, as modules or their parts, in computer-aided design (CAD) systems. This allows a 3-5 times reduction in time to find the rational option of the work-piece position on the machine work surface when developing a process technology, a review and an analysis of more

than the usual number of such possible options. It also improves the quality of adopted design solutions. This is the possible way to reduce the downtimes for organizational reasons.

The described technique to conduct operational research and define statistical performance parameters of automated sites and individual CNC machines can be used for business reorganization with modified process and management structure.

References

1. Volotsenko P.V. Agregatno-modul'nyiprintsip postroeniya mnogooperatsionnykh sverlil'no-frezerno-rastochnykh stankov: Obzor [Aggregate-modular principle of construction of multioperational drilling-milling-boring machines: Overview]. Moscow, NIIMASH Publ., 1982. 52 p. (in Russian).

2. Dal'skii A.M., Suslov A.G., Kosilova A.G., Meshcheryakov R.K., eds. Spravochnik tekhnologa-mashinostroitelya. V2 t. T. 1 [Reference of technologist-mechanical engineer. In 2 vols. Vol. 1]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2001. 944 p. (in Russian).

3. Solov'ev A.I., Dzhafarova Sh.I. Evaluation of the performance of area in organization of production. SPRAVOCHNIK. Inzhenernyi zhurnal = HANDBOOK. An Engineering journal, 2004, no. 1, pp. 42-45. (in Russian).

4. Volchkevich L.I. Avtomatizatsiya proizvodstvennykh protsessov [Automation of production processes]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2007. 380 p. (in Russian).

5. Burtsev V.M., Vasil'ev F.S., Deev O.M., Ignatov A.V., Kondakov A.I., Maksimovich B.D., Nikadimov E.F., Solov'ev A.I., Tavrov V.I., Tikhonov V.P., Yastrebova N.A. Tekhnologiya mashinostroeniya: uchebnik dlya vuzov. V 2 t. T. 2. Proizvodstvo mashin [Manufacturing engineering: a textbook for universities. In 2 vols. Vol. 2. Production machines]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2012. 551 p. (in Russian).

6. Kholmogortsev Yu.P. Optimizatsiya protsessov obrabotki otverstii [Optimization of processes of hole machining]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1984. 184 p. (in Russian).

7. Zhilin V.P. Performance improvements in terms of experimental mechanical engineering. Novye tekhnologii = New Technologies, Moscow, MGOU Publ., 1999, no. 5, pp. 29-32. (in Russian).

8. Norenkov I.P. Osnovy avtomatizirovannogoproektirovaniya [Fundamentals of CAD]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2000. 360 p. (in Russian).

9. Podinovskii V.V. Vvedenie v teoriyu vazhnosti kriteriev v mnogokriterial'nykh zadachakh prinyatiya reshenii [Introduction to the theory of criteria importance in multicriterial decision-making problems]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 64 p. (in Russian).

10. Podinovskii V.V., Gavrilov V.M. Optimizatsiya po posledovatel'no primenyaemym kriteriyam [Optimization using consistently applied criteria]. Moscow, Lenand Publ., 2015. 194 p. (in Russian).

11. Serebryanyi V.G. Choice of optimal batch size during treatment of parts in terms of flexible automated production. Stanki i instrumenty = Machines and tools, 1985, no. 6, pp. 23-30. (in Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.