Оптимизация выбора технологических операций

Одним из важнейших этапов структурной оптимизации ТП является выбор технологических операций механической обработки. Вид операции и применяемое оборудование существенно влияют на трудоемкость обработки и связанную с ней технологическую себестоимость, которая обычно используется в качестве критерия для выбора вариантов ТП изготовления изделия.

На стадии эскизного проектирования при выборе операции механической обработки расчет технологической себестоимости Сош определяется приближенным методом по формуле

где Сч/ — производственные затраты, приходящиеся на 1 ч работы оборудования, занятого при выполнении /'-й операции; Гшт_к,- — норма штучно-калькуляционного времени на выполнение /-й операции.

Из анализа зависимости (3.14) следует, что минимизировать Сош- за счет одновременного уменьшения удельных производственных затрат на оборудование и штучно-калькуляционного времени обработки является технически неосуществимым (использование более высокопроизводительного оборудования приводит к уменьшению /шт к, при одновременном росте удельных расходов на его содержание и эксплуатацию). Очевидно, из ряда сравниваемых вариантов обработки оптимальным является тот, при осуществлении которого рост производительности превысит рост удельных затрат на оборудование.

Таким образом, задача определения технологической себестоимости обработки сводится к решению двух взаимосвязанных подзадач:

  • ? определение набора возможных операций обработки детали, соответствующих им моделей станков и удельных затрат Сч< на 1 ч работы станков;
  • ? определение трудоемкости обработки /шт_к/ применительно к выбранному из набора варианту.

Выбор возможных операций обработки поверхностей детали, удовлетворяющих заданным условиям, производят на основе анализа конструктивно-технологических признаков детали и серийности производства, к которым относятся:

  • 1) годовая программа выпуска деталей;
  • 2) тип поверхностей детали, подлежащей обработке;
  • 3) стадии обработки (черновая, чистовая, тонкая, отделочная);
  • 4) габаритные размеры детали;
  • 5) точность и шероховатость поверхностей для рассматриваемой стадии обработки;
  • 6) твердость поверхностей, обрабатываемых на рассматриваемой стадии;
  • 7) конструктивная сложность поверхностей, обрабатываемых на соответствующей стадии.

По общности методов, используемых при обработке, все поверхности, образующие конфигурацию деталей машин, разбивают на группы. Как правило, на начальных этапах проектирования технологических процессов решаются вопросы выбора рациональных способов обработки групп однородных поверхностей — наружных поверхностей вращения, внутренних, плоских, зубчатых, резьбовых, шлицевых и т.п. Это позволяет использовать единую методику укрупненной оценки эффективности различных методов обработки уже на ранних этапах проектирования, когда у технолога еще отсутствует вся необходимая информация для точной оценки трудоемкости обработки.

Рассмотрим выбор конструктивно-технологических признаков для определения возможных вариантов обработки на примере наружных и торцовых поверхностей вращения деталей типа «вал» с L > 2D. Конфигурация этого класса деталей определяется сочетанием различного числа элементарных наружных поверхностей вращения. В зависимости от требований чертежа каждая поверхность должна пройти ряд стадий обработки, под которыми понимаются укрупненные группы операций, включающие однородную по характеру, точности и качеству обработку элементарных поверхностей. Выбор стадий обработки может производиться на основе алгоритма, представленного в виде таблицы (табл. 3.4).

Таблица 3.4

Выбор стадий обработки наружных поверхностей вращения в зависимости от требований точности и шероховатости

Стадия

обработки

Код

стадии

Достигаемые квалитет точности/шероховатость Ra, мкм

12/80

10/20

7/0,63

6/0,16 и менее

Черновая

1

1

1

1

1

Чистовая

2

-

2

2

2

Тонкая

3

-

-

3

3

Отделочная

4

-

-

-

4

Габаритные размеры детали, точность и шероховатость поверхностей, а также твердость определяются на основе анализа чертежа и вводятся в качестве исходных данных.

Конструктивная сложность детали — это сложность ее как геометрического объекта. Количественная оценка конструктивных сложностей может быть представлена в виде суммы Q конструктивных сложностей всех обрабатываемых на 1-й стадии поверхностей. При оценке конструктивной сложности на каждой стадии следует различать основные поверхности Р, образующие основной контур детали, торцовые МТ и дополнительные М поверхности (фаски, галтели, пазы, канавки). Например, для определения конструктивной сложности деталей типа «вал» с учетом трудоемкости обработки основных и дополнительных поверхностей на 1 -й стадии можно использовать следующую зависимость:

Одним из важнейших признаков, от которого зависит правильный выбор вида технологической операции, ее структуры и соответствующего оборудования, является серийность, или тип производства. Тип производства определяется по коэффициенту закрепления операций к3 0, который представляет собой отношение количества всех технологических операций, выполняемых на данном производстве в течение месяца, к числу рабочих мест. В свою очередь к3 0 зависит главным образом от заданной программы выпуска деталей N и трудоемкости их изготовления /шт..к.

Вычисление на ранних стадиях технологического проектирования значения /‘шт_к представляет определенную трудность. Учитывая, что на этой стадии не может быть получен операционный ТП, содержащий необходимые сведения для расчета норм времени, следует использовать методы укрупненного нормирования. Поэтому выявляют функциональные зависимости между штучно-калькуляционным временем и наиболее общими параметрами детали, учитывающие ее конструктивную сложность и размерные характеристики. Для определенных типов деталей размерные характеристики имеют корреляционную связь с массой детали МД. На основе статистического анализа процессов обработки различных типов деталей установлена функциональная зависимость вида

Используя известные зависимости для определения числа операций, закрепляемых за одним рабочим местом с учетом коэффициента загрузки и коэффициента выполнения норм времени в), для двухсменной работы применительно к обработке наружных поверхностей вращения деталей класса «валы» получают

Затем на основе рассчитанных значений к3 0 определяют тип производства по табл. 3.5.

Таблица 3.5

Таблица выбора кодов типа производства в зависимости от коэффициента закрепления операции

Коэффициент

закрепления

операции

к30 > 20

10 < к30 < 20

1< к30 < 10

^3.0 - 1

Тип производства

Единичное и мелкосерийное

Среднесерийное

Крупносерийное

Массовое

Код

1

3

3

4

Структура технологических операций обработки также задается в табличной форме. В табл. 3.6 выделены структуры технологических операций обработки наружных и торцовых поверхностей деталей класса «валы» и приведены их коды. Все операции разделены на две группы. Первая содержит коды операций от 001 до 099, что соответствует операциям с использованием современного лезвийного инструмента, обеспечивающего обработку незакаленных материалов. В операциях с кодами более 100 обработка осуществляется абразивным, алмазным (в том числе лезвийным из синтетических сверхтвердых материалов) инструментом, что позволяет обрабатывать как незакаленные, так и закаленные материалы. Черновая и чистовая обработки производятся на станках нормальной (или повышенной) точности, а тонкая и отделочная — на станках высокой точности.

Выбор оптимальной технологической операции производится с использованием разработанных таблиц выбора кодов технологических операций. Пример такой таблицы для варианта обработки наружных поверхностей вращения — табл. 3.7. В ней использованы коды возможных технологических операций для черновой, чистовой, тонкой и отделочной стадий обработки (табл. 3.8).

Таблица 3.6

Коды структур технологических операций при обработке наружных поверхностей вращения

Характеристика структуры операции

Код

структуры

Последовательная обработка методом пробных проходов и промеров; ручное управление станком; ручное закрепление заготовки; однопозиционная (универсальные станки)

I

Последовательная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (станки с ЧПУ)

2

Последовательно-параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (гидрокопировальные станки)

3

Параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (многорезцовые полуавтоматы)

4

Параллельная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; многопозиционная (многошпиндельные полуавтоматы непрерывного действия)

5

Параллельно-последовательная обработка врезанием по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (торцекруглошлифовальные врезные полуавтоматы)

6

Параллельная обработка врезанием по настройке; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (многокамневые шлифовальные врезные полуавтоматы)

7

Последовательная обработка по настройке; автоматизированное управление станком; автоматизированное закрепление заготовки; непрерывная (бесцентровошлифовальные станки)

8

Последовательная обработка по настройке; ручное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (су- перфинишные, полировальные станки)

9

Последовательная обработка врезанием; автоматизированное управление станком; механизированное закрепление заготовки; однопозиционная (круглошлифовальные врезные полуавтоматы)

10

Таблица 3.7

Таблица выбора кодов технологических операций при обработке наружных поверхностей вращения

Код стадии обработки

1

2

3

4

Код типа производства

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

Код

операций

009

010

012

012

009

012

012

012

021

021

103

104

102

102

103

109

010

013

013

013

010

013

013

013

011

011

105

105

103

103

109

127

014

014

022

022

014

014

022

022

101

101

106

106

018

123

127

129

-

101

101

103

104

103

103

107

019

019

129

128

-

103

103

Как видно из табл. 3.7 и 3.8, для определенных стадий обработки и типа производства имеется возможность выбрать и проанализировать три-четыре вида операций, отличающихся главным образом структурой. Структура технологической операции может быть одно- и многоинструментальной, одно- и многопозиционной. Структура существенно влияет на трудоемкость обработки и соответственно на ее производительность и себестоимость.

Образование структур технологических операций ведется в двух направлениях:

? за счет совмещения элементов основного времени tQ (последовательная, параллельно-последовательная и параллельная обработка);

п за счет совмещения элементов вспомогательного времени tB - - Кз + Су + к, затрачиваемого на измерение и ручную подналадку оборудования методом пробных проходов (7ИЗ), на съем и установку деталей (Су), на выполнение холостых ходов (tx).

После определения группы возможных операций необходимо решить задачу выбора соответствующих моделей станков. Эта процедура выполняется на основе анализа массива станков MST с учетом вида операций и габаритных размеров обрабатываемой детали. В качестве примера приведена табл. 3.9 выбора кодов моделей станков для токарно-винторезной операции (табл. 3.10). По коду станка из массива MST определяют размеры зоны обработки и приведенные часовые затраты Сч/ (табл. 3.10); данные по затратам носят условный характер в связи с нестабильностью стоимости входящих в них составляющих.

Таблица 3.8

Таблица кодов технологических операций при обработке наружных поверхностей вращения

Код

операции

Наименование операции

Код

структуры

009

Токарно-винторезная

1

010

Токарная с ЧПУ центровая

2

011

Токарно-винторезная высокой точности

1

012

Токарная полуавтоматная многорезцовая одношпиндельная

4

013

Токарно-копировальная

3

014

Токарная с ЧПУ патронно-центровая

2

018

Токарная обкаточная

1

019

Токарная отделочная

1

021

Токарная с ЧПУ высокой точности

2

022

Токарная полуавтоматная многошпиндельная многорезцовая непрерывного действия

5

101

Круглошлифовальная продольная

1

102

Круглошлифовальная продольная высокой точности

1

103

Круглошлифовальная с ЧПУ

2

104

Круглошлифовальная врезная полуавтоматная многокам- невая

7

105

Круглошлифовальная врезная полуавтоматная

10

106

Торцекруглошлифовальная врезная полуавтоматная

6

107

Бесцентрово-шлифовальная

8

109

Бесцентрово-доводочная

8

123

Доводочно-притирочная

1

127

Суперфинишная

9

128

Алмазно-выглаживающая

1

129

Полировальная лепестковым кругом

9

Выбор оптимальной технологической операции, как уже отмечалось, предшествует проектированию операции по переходам с определением режимов резания, поэтому на данном этапе не могут быть использованы точные методы поэлементного нормирования. Однако можно использовать методы более укрупненного нормирования по сравнению с формулой (3.16).

Таблица 3.9

Фрагмент таблицы выбора кодов моделей станков для токарно-винторезной операции в зависимости от диаметра и длины детали

Диаметр D, мм, не более

Длина L, мм, не более

250

500

700

1400

40

001

001

002

002

100

001

001

002

002

160

001

001

002

002

300

003

003

003

003

Степень укрупнения нормативов определяет универсальность и относительную точность модели, поэтому в каждом конкретном случае необходимо строить модель оптимальной сложности. Рассмотрим в качестве критерия оптимальности штучное время обработки.

Таблица ЗЛО

Фрагмент массива станков MST

Код

станка

Модель

станка

Наименование

станка

Размеры зоны обработки, мм

Приведенные

часовые

затраты

^тах

^тах

  • 001
  • 002
  • 003

ТВ-7

16ВТ20П

ГС526У-02

Токарновинторезный

  • 100
  • 250
  • 275
  • 330
  • 1000
  • 2000

* * * ООО О с*"> *—< (N СП

* Условные значения.

Трудоемкость выполнения операций по обработке детали может быть представлена в виде суммы элементов норм времени:

где (/0 р + t0 м) — основное время обработки соответственно основных и вспомогательных поверхностей; tB вспомогательное время на выполнение операции; tcy время снятия и установки заготовки; /обс — время обслуживания станка и время перерывов для отдыха рабочего; 7п _3 — подготовительно-заключительное время; N — число заготовок в партии.

В условиях укрупненного нормирования основное время обработки ta отдельных цилиндрических поверхностей можно определять по эмпирическим зависимостям вида

где кр коэффициент, отражающий среднестатистический уровень режимов различных методов и стадий обработки поверхностей детали из стали 45 стандартным инструментом (табл. 3.11); кы коэффициент материала, учитывающий его обрабатываемость в сравнении с обрабатываемостью стали 45, D, L — соответственно диаметр и длина обрабатываемой поверхности.

Таблица 3.11

Значения коэффициентов режимов резания кр

Стадия обработки

Метод обработки

О

Q.

Черновая

Точение

0,1

Чистовая

Точение

0,175

Шлифование

0,12

Тонкая

Точение

0,2

Шлифование

0,18

Отделочная

Шлифование

0,3

Доводка

0,8

Суперфиниширование

0,35

Обкатывание

0,1

Выглаживание

0,45

Полирование лепестковыми кругами

0,3

В зависимости от вида обработки различают коэффициент кмл для лезвийного и км а для абразивного инструмента.

На основе статистического анализа норм времени для различных технологических операций изготовления валов зависимость (3.18) может быть представлена в виде

где к3 коэффициент, учитывающий дополнительное время, которое необходимо затратить, чтобы придать принятой заготовке форму и размеры унифицированной заготовки (в качестве такой заготовки для ступенчатых валов принята штамповка нормальной точности); к3 вводится в расчет только на черновой стадии обработки и определяется соотношением массы заготовки и массы детали Л/д, к3 = 0,787Л/заг / М®’67); &тР1 — коэффициент трудоемкости обработки основных поверхностей, учитывающий вид структуры выполняемой операции (см. табл. 3.6);

Am приведенный диаметр основных поверхностей, определяемый

р р

по формуле Dnp =DiLi /? А •

/=1 /=1

Аналогично могут быть получены зависимости для остальных элементов нормы времени, входящих в формулу (3.17):

где ктр2, ктрз, ктр4, кгр5, ктр() коэффициенты трудоемкости соответственно обработки дополнительных поверхностей, снятия и установки заготовки, выполнения вспомогательных операций, обслуживания станка и подготовительно-заключительных работ в зависимости от структуры операции (табл. 3.12); длина детали.

Таблица 3.12

Значения коэффициентов трудоемкости ктр для различных операций

Код

структуры

операции

1

1,0

1,2

1,0

1,0

0,04

1,0

2

0,8

0,8

0,8

0,1

0,04

0,5

3

0,8

0

0,8

0,1

0,07

0,68 + 0,1Л/

4

0

0,8

0,1

0,08

0,45 + 0,22Р+ 0,М

5

0

0

0,1

0,10

0,45+ 1,Р + 0,5М

6

0

0,8

0,1

0,125

1,0

7

0,3

0,8

0,1

0,125

5,0

8

0

0,1

0

0,155

1,0

9

0

0,8

0,1

0,10

1,0

10

0,8

0,8

0,1

0,125

1,0

Для определения Гшт_к по формуле (3.17) для условий серийного производства необходимо дополнительно определить величину партии запуска заготовок. Количество заготовок в партии зависит от габаритных размеров детали и ее конструктивной сложности, определяемой в этом случае числом обрабатываемых поверхностей.

Для построения алгоритмов определения партии запуска для деталей типа «вал» вводится классификация по габаритам (табл. 3.13) и конструктивной сложности деталей (табл. 3.14).

Таблица 3.13 Таблица 3.14

Классификация деталей по габаритам Коды деталей по конструктивной

Наименование

Габариты, мм

Код

СЛОЖНОСТИ

^тах

•^тах

Наименование

Число

обрабатываемых

поверхностей

Код

Мелкие

<40

<250

1

Небольшие

< 100

<500

2

Простейшие

<3

1

Средние

<300

<700

3

Простые

<20

2

Крупные

>300

>700

4

Средней

сложности

<40

3

Сложные

>40

4

Число заготовок п в партии запуска определяется в долях программы N годового выпуска деталей:

п = jjN,

где у, — коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности у, является функцией габаритов и конструктивной сложности деталей и определяется на основании регрессионного анализа статистических данных (табл. 3.15).

Таблица 3.15

Величины коэффициента пропорциональности у, в зависимости от габаритов и сложности деталей

Коды деталей

У/

Коды деталей

У/

по габаритам

по сложности

по габаритам

по сложности

1

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 0,10
  • 0,09
  • 0,08
  • 0,07

3

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 0,06
  • 0,05
  • 0,04
  • 0,03

2

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 0,08
  • 0,07
  • 0,06
  • 0,05

4

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 0,035
  • 0,03
  • 0,025
  • 0,02

Алгоритм выбора оптимальных технологических операций (рис. 3.5) представляет собой последовательное выполнение следующих процедур: ввод исходных данных, определение требуемого числа стадий обработки,

Схема алгоритма выбора оптимальной технологической операции выбор групп операций для каждой стадии обработки

Рис. 3.5. Схема алгоритма выбора оптимальной технологической операции выбор групп операций для каждой стадии обработки, выбор моделей станков, определение структуры операций, расчет штучного времени, определение себестоимости выполнения всех выбранных операций и выбор оптимальной технологической операции. Вывод результатов проектирования осуществляется в виде технологических карт.

Программа автоматизации выбора оптимальных технологических операций для различных стадий может быть выполнена в диалоговом режиме, что позволяет наряду с автоматизированным решением задачи провести пользователем окончательную оценку результатов проектирования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >