CC BY
4ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Совместный учёт точностных и экономических параметров при совершенствовании технологических операций
А. А. ЧЕРЕПАНОВ, доцент, канд. техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползу нова, г. Барнаул
Изложение доклада на 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе»,
1 апреля 2004 г., г. Новосибирск
На зовременном этапе развития машиностроения России в условиях острого дефицита финансовых ресурсов особое значение имеет совершенствование уже существующих технологических процессов. Данное направление предусматривает не только управление качеством продукции, но и достижение заданного качества с наименьшими издержками. Последнее обстоятельство обусловливает необходимость использования в процессе совершенствования технологических процессов изготовления изделий технико-экономических методов, анализ которых позволяет отдать предпочтение метод/ функционально-стоимостного анализа (ФСА). Метод ФСА, являясь методом системного анализа функций объекта, обеспечивает на стадии проектирования предупреждение возникновения функционально излишних затрат и общественно необходимый уровень качества изготавливаемых изделий. Этт меюд эффективно используется для решения задач анализа и синтеза технологических процессов.
Совершенствование технологий изготовления деталей машиностроения может осуществляться в различных направлениях, важнейшим из которых является рационализация технологических операций. Современные подходы к решению данной проблемы преимущественно основываются на предметном подходе. Практически все предлагаемые организационные и технические решения в этом случае нацелены на достижение конкретных точностных показателей изготавливаемых деталей, а экономическому аспект/ уделяется незначительное внимание. Практика показывает, что такой подход б большинстве случаев приводит к нерациональным, с точки зрения экономики, технологическим процессам.
Рассмотрим особенности реализации функционально-стоимостного подхода к совершенствованию технологических операций.
На первом этапе совершенствования операции (этап анализа) необходимо проанализировать существующий и иные возможные варианты организации достижения операционного размера (от технологических баз, от измерительных баз, формообразующим движением, за один ус-танов заготовки и т. д.). При реализации этого этапа следует руководствоваться одним из основных принципов ФСА -принципом соответствия значимости функций объекта затратам на их реализацию.
Если в качестве объекта исследования рассматривать 1ехнилш ическую операцию, ш в качестве основной функции объекта будет выступать функция «формоойразовать поверхность». Данная функция выражается через допуск на операционный размер. Реализация основной функции зависит от одного из возможных вариантов организации достижения операционного размера. Например, если операционный размер обеспечивается формообразующим движением, то осуществление основной функции зависит
от реализации функций: «обеспечить съем материала»; «настроить инструмент» и «установить инструмент». Каждая из этих функций также выражается через допуски, ограничивающие соответственно размер динамической настройки, размер статической настройки инструмента и размер устянорки инструмента При прочих равных условиях, например, равенстве допусков, взаимовлияние данных функций на основную тождественно, поэтому значимость вышеперечисленных функций можно выразить через долю вносимых погрешностей в суммарную погрешность на обработку. Количественная взаимосвязь между значимостью функций и затратами на их реализацию наглядно отражается функционально-стоимостной диаграммой (ФСД), пример которой приведен на рис. 1.
67,4
25,2
7,4 настроить
^ обеспечить ^ N съем
£ га '
И
га з:
•е-
73,9
Рис. 1. ФСД для размера, получаемого формообразующим движением
В верхней части диаграммы приводятся относительные величины значимости функций, выраженные через долю вносимых погрешностей в суммарную погрешность на обработку, а в нижней части - относительные величины затрат связанные с формированием функций.
Если удельный вес затрат по той или иной функции превышает удельное значение ее значимости, возникает зона дисбаланса (на рис. 1 заштрихованы), которую в ходе совершенствования необходимо устранитэ. ФСД составляются по всей совокупности приемлемых вариантов организации достижения операционного размера.
Полученные на первом этапе ФСД служат в качестве исходных данных для дальнейших работ по совершенствованию операции. Приведенные затраты по различным вариантам, рассчитанные на первом этапе, не могут служить основанием для выбора наиболее рационального варианта, поскольку, как показывает практика, в процессе даль-
№ 3 (24)2004
29
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
нейшего совершенствования вариантов величина приведенных затрат может существенно изменяться.
Дальнейший ход работ (этап синтеза) предусматривает поиск путей устранения зон дисбаланса, отмеченных на ФСД. Существуют три основных пути: рациональный выбор технологической оснастки; выбор способа управления точностью и оптимизация режимов обработки.
Оптимизация режимов обработки обеспечивает управление значимостью функции «обеспечить съем материала» посредством управления размером динамической настройки, а также управление затратами на реализацию данной функции. Соответственно изменяется соотношение относительных величин значимостей и затрат по всем функциям, с помощью которых реализуется тот, или иной вариант. При оптимизации режимов обработки в качестве дополнительного огэаничения при определении области допустимых режимов следует ввести уровень соответствия значимости функции «обеспечить съем материала» затратам на ее осуществление.
Уточнение технологической оснастки и способа управления точностью в еще большей степени по сравнению с оптимизацией режимов обработки обусловливают перерас-
пределение величин значимостей функций и затрат на их реализацию. В отличие от существующего подхода к решению этих задач, функционально-стоимостной подход позволяет не только определить направления поиска (инструментальная оснастка, станочные приспособления, приспособления для настройки и т.д.), но и дает возможность задавать количественные данные по затратам и величинам погрешностей, к которым следует стремиться при выборе оснастки и способа управления.
В результате проделанной работы по каждому варианту обеспечивается сокращение зон дисбаланса и минимизация уровня несоответствия между значимостью и затратами го функциям. Практические исследования показывают, что допустимый уровень несоответствия не должен превышать 15%. Выбор наилучшего варианта из всех проанализированных может осуществляться по традиционным критериям, например, по критерию «минимальные приведенные затраты».
Описанный подход к совершенствованию операций позволяет уменьшить их себестоимость на 10-15% при сохранении, а в отдельных случаях и повышении качества изделия.
Прогнозирование показателей точности обработки отверстий при растачивании
А. В. БАЛАШОВ, доцент, канд. техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул
Изложение доклада на 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе»,
1 апреля 2004 г., г. Новосибирск
Для управления точностью механической обработки необходимо математическое описание процесса резания, раскрывающего влияние на него различных факторов.
В соответствии с существующими методиками, определение показателей точности не представляет трудностей, эсли известен массив радиус - векторов описывающих профиль поверхности.
Радиус вектор описывающий поверхность с волнообразной центральной линией запишется следующим образом:
p((p,z) = ^r2+tf-C0S2(—^-z + mp) + 2-r'ú)p-cos(-^-^-z-hmp)-cos((p) , (1)
где г - радиус средней окружности; сор, тр - амплитуда и фаза р-й гармоники; L - длина отверстия; z - расстояние определяющие положение рассматриваемого сечения; (р - угол поворота радиус - вектора.
Исходными данными для расчета служат: R - радиус отверстия: ТВ, ТА - поля допусков размеров координирующие положение оси отверстия в заготовке; R3 - радиус отверстия в заготовке; S - минутная педача; V - скорость резания; коэффициенты и показатели для расчета сил резания; чертеж оправки.
После ввода исходных данных (см. рис 1), выбирается положение радиус - вектора, первое поперечное сечэние (оператор 3) и начальная точка в нем (оператор 4); далее определяется глубина резания (оператор 5).
л/7Аг + ТВг- sin (ср + arctg(TB ТА) R3- sin (<р + arctg(1DTA) + arcsin( )
*(*) = *--fir-^--<2>
sin (cp + arctg С D TA)
Вычисляются сила резания F(t), (оператор 6), деформации расточной оправки или амплитуды перемещений сор (оператор 7), среднее квадратическое отклонение амплитуды <т (оператор 8). Затем следует расчет радиус - вектора (оператор 9), математического ожидания и дисперсии функции р {(р, z) (операторы 11 и 12).
2 щ р __
Обозначим С0р = X; cos(—-—-z + mp) = y; р(х,у) = л]х2 •у2 + 2 • г • х • уcos(<p) + г2 (3)
30 № 3 (24) 2004
