В соответствии с заданием были заданы критерии оптимизации:
1) максимальная производительность технологического процесса;
2) минимальные приведенные затраты на реализацию технологического процесса;
3) минимальная производственная площадь.
Нормирование модели подразумевает постановку в соответствие каждой вершине графа значение критериального параметра, представляющие собой значение выходных функциональных параметров, соответствующих используемым критериям оптимизации (см. таблицу 1.2). [3]
Таблица 1.2 - Соответствие критериев оптимизации функциональным параметрам технологического процесса
Критерий оптимизации | Функциональный (критериальный) параметр |
Максимальная производительность технологического процесса | Штучно-калькуляционное время
на выполнение технологической
операции ![]() |
Минимальные приведенные затраты на реализацию технологического процесса | Приведенные затраты на выполнение технологической операции ![]() |
Минимальная производственная площадь | Площадь, занимаемая станком на
данной операции ![]() |
Для рассмотрения критерия максимальной производительности необходимо определить соответствующий критериальный параметр - штучно-калькуляционное время . Для его расчёта необходимо предварительно рассчитать режимы резания для каждой вершины графа.
Расчёт режимов резания произведён по [4] следующим образом:
а) определена максимальная глубина резания с учётом максимальной величины припуска. Глубина резания была назначена по [4, карта 2] - Глубина резания необходимая для получистовой, чистовой и отделочной стадий обработки. Глубина резания выбиралась в зависимости от: диаметра обрабатываемой детали, квалитета заготовки до обработки и квалитета получаемой после обработки детали;
б) по таблицам [4] определены табличные значения подачи и поправочные коэффициенты, учитывающие измененные условия работы (формулы см. ниже). Табличные значения подачи выбирались в зависимости от: получаемого квалитета после обработки, глубины резания и диаметра детали;
в) найденное значение подачи ( мм/об) скорректировано по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением подачи);
г) по таблицам [4], с учётом подачи и глубины резания, определено табличное значение скорости и поправочные коэффициенты (формулы см. ниже);
д) по результатам расчета скорости резания (м/мин) вычислена
частота вращения шпинделя:
об/мин,
где D - диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр осевого инструмента;
е) найденная частота вращения скорректирована по паспортному значению станка (для оборудования со ступенчатым изменением частоты вращения шпинделя);
ж) с учётом скорректированной частоты вращения найдена фактическая скорость резания:
, м/мин.
з) определена минутная подача: мм/мин.
В соответствии с [4] расчёт режимов резания произведен по следующим формулам.
Расчет режимов резания для операций точения:
Подача определяется как
где - табличное значение подачи [мм/об];
(
) [4, карта 3, лист 1, поз. 2];
(
) [4, карта 3, лист 1, поз. 1];
(
) [4, карта 3, лист 1, поз. 2];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от инструментального материала;
, (Т15К6), [4, карта 3, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от способа крепления пластины.
, (пайка), [4, карта 3, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от сечения державки резца;
, (
) [4, карта 5, лист 1];
, (
) [4, карта 5, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от прочности режущей части;
, (
) [4, карта 5, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от схемы установки заготовки;
, (
) [4, карта 5, лист 2];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
, (твердость
), [4, карта 5, лист 2];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от состояния поверхности заготовки;
, (без корки), [4, карта 5, лист 3];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от геометрических параметров резца;
, (
, пайка); [4, карта 5, лист 3];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от жесткости станка;
, (
), [4, карта 5, лист 4].
Скорость резания определяется по формуле:
,
где - табличное значение скорости (м/мин);
(при
,
); [4, карта 21, лист 1, поз. 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;
(Т15К6), [4, карта 21, лист 1, поз. 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от группы обрабатываемости материала;
(сталь хромистая) [4, карта 23, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от вида обработки,
(при постоянной скорости резания), [4, карта 23, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от жесткости станка;
, (
мм); [4, карта 23, лист 2];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
, (твердость
); [4, карта 23, лист 2];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от геометрических параметров резца;
,(
, пайка), [4, карта 23, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости режущей части резца;
, (Т=45 мин); [4, карта 23, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от наличия охлаждения;
, (с охлаждением), [4, карта 23, лист 3].
Расчет режимов резания для операции растачивания:
Подача определяется как
где - табличное значение подачи [мм/об];
(
) [4, карта 9, поз. 3];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от инструментального материала;
, (Т15К6), [4, карта 11, лист 4];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от способа крепления пластины.
, (пайка), [4, карта 11, лист 3];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от диаметра детали;
, (
) [4, карта 11, лист 3];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от схемы установки заготовки;
, (
) [4, карта 11, лист 2];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
, (твердость
), [4, карта 11, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от состояния поверхности заготовки;
, (без корки), [4, карта 11, лист 1];
- поправочный коэффициент на подачу в зависимости от геометрических параметров резца;
, (
, пайка); [4, карта 11, лист 2];
Скорость резания определяется по формуле:
,
где - табличное значение скорости (м/мин);
(при
,
); [4, карта 21, лист 1,];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;
(Т15К6), [4, карта 21, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от группы обрабатываемости материала;
(сталь хромистая) [4, карта 23, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от вида обработки,
(при постоянной скорости резания), [4, карта 23, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от жесткости станка;
, (
мм); [4, карта 23, лист 2];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
, (твердость
); [4, карта 23, лист 2];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от геометрических параметров резца;
,(
, пайка), [4, карта 23, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости режущей части резца;
, (Т=45 мин); [4, карта 23, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от наличия охлаждения;
, (с охлаждением), [4, карта 23, лист 3].
Расчет режимов резания для операций сверления:
Подача определяется как
где - табличное значение подачи [мм/об];
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 4];
, (
,
), [4, карта 46, лист 2, поз. 2];
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
,(хромистая, твердость
); [4, карта 33, лист 1];
Скорость резания определяется по формуле:
,
где - табличное значение скорости (м/мин);
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 4];
, (
,
), [4, карта 46, лист 2, поз. 2];
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];
, (
,
), [4, карта 46, лист 1, поз. 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;
, (хромистая, твердость
); [4, карта 53, лист 1];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от применения охлаждения;
, (с охлаждением), [4, карта 53, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от состояния поверхности;
, (без корки), [4, карта 53, лист 3];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от инструментального материала;
, (Р6М5), [4, карта 53, лист 4];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от формы заточки инструмента;
, (Н), [4, карта 53, лист 4];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от длины рабочей части сверла;
, (ГОСТ 10903-77), [4, карта 53, лист 4];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от покрытия инструментального материала;
, (без покрытия), [4, карта 53, лист 5];
- поправочный коэффициент на скорость резания для измененных условий работы в зависимости от периода стойкости
к нормальному
;
, (отношение
до 1,0), [4, карта 53, лист 6].
Расчет норм времени для универсальных станков с ручным управлениемвыполнен по методике [5]:
Значение штучно-калькуляционного времени рассчитано по формуле:
,
где - подготовительно-заключительное время, мин;
n - число деталей в партии, шт;
- штучное время, рассчитываемое в сдою очередь как
,
где - основное (машинное) время, мин;
- вспомогательное время на операцию, мин;
- время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места и личные надобности рабочего, берущееся в процентах от оперативного (
) времени.
Основное время рассчитано как
,
где L - ход инструмента, мм;
- минутная подача, мм/мин.
Вспомогательное время рассчитано по формуле
,
где - вспомогательное время на установку и снятие детали;
- вспомогательное время, связанное с переходом (подвод и отвод
инструмента, смена инструмента, изменение режимов обработки и др.);
- вспомогательное время на контрольные измерения, по каждому переходу.
Подготовительно-заключительное время:
- подготовительно-заключительное время на наладку станка;
- подготовительно-заключительное время на дополнительные приёмы;
- подготовительно-заключительное время на получение инструмента, приспособления и заготовок до начала работы и сдачу после окончания обработки.
Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени выбраны по [5].
Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для токарных операций:
= 0,35 мин - в самоцентрирующемся патроне с креплением ключом без выверки,
= 0,13 мин - при продольном точении,
= 0,08 мин - при изменении числа оборотов шпинделя,
= 0,07 мин - при изменении величины или направления подачи,
= 0,07 мин - при смене резца поворотом резцовой головки,
= 0,6 мин - при установке и снятии инструмента,
= 0,06 мин - при открытии и закрытии щитка от забрызгивания эмульсией,
= 0,06 мин - при установке и снятии вкладышей упора,
= 0,16; 0,19; 0,13; - при измерении штангенциркулем (измеряемый размер до 100; 200; 50 мм соответственно),
= 4,0 % - наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной до 400 мм для токарных станков; процент от оперативного времени; [5, карта 21],
= 16 мин - на наладку станка, инструмента и приспособления,
= 7 мин - на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания работы,
= 4 мин - на получение наряда и чертежа,
= 2 мин - на инструктаж мастера.
Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для операций сверления:
= 0,29 мин - в тисках с винтовым зажимом,
= 0,07 мин - при сверлении по разметке с механической подачей,
= 0,08 мин - при изменении числа оборотов шпинделя,
= 0,17 мин - при установке и снятии инструмента,
= 0,07 мин - при выводе сверла для удаления стружки,
= 0,13; - при измерении штангенциркулем (размер до 50 мм),
= 4,0 %
= 11 мин - на наладку станка, инструмента и приспособления,
= 7 мин - на получение инструмента и приспособлений до начала и сдачу их после окончания работы,
= 4 мин - на получение наряда и чертежа,
= 2 мин - на инструктаж мастера.
Расчёт норм времени для станков с числовым программным управлением выполнен согласно методики и нормативам [6]::
,
где - подготовительно-заключительное время, мин;
n - число деталей в партии, шт; (n=1000);
- штучное время, рассчитываемое в сдою очередь как
,
где - основное (машинное) время, мин;
Основное время рассчитано как
,
где L - ход инструмента, мм;
- минутная подача, мм/мин.
- вспомогательное время на операцию, мин;
Вспомогательное время рассчитано по формуле
где - вспомогательное время, связанное с операцией;
где - время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности;
Подготовительно-заключительное время:
где - подготовительно-заключительное время на организационную подготовку;
- подготовительно-заключительное время на наладку станка, приспособлений, инструмента, программных устройств;
- время на пробную обработку детали.
Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для токарных операций:
= 0,32 мин - при установке в патроне с ключом без выверки; [5, карта 4, поз. 12];
= 0,1; 0,14; 0,19; - при измерении штангенциркулем (измеряемый размер до 50; 100; 125 мм соответственно),
= 0,32 мин - установить заданное взаимное положение детали инструмента,
= 0,15 мин - проверить приход детали,
= 0,03 мин - установить и снять щиток от забрызгивания эмульсией,
= 8 % - станки токарные, наибольший диаметр, устанавливаемого над станиной до 420 мм,
= 9 мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспосо-блений, заготовок;
= 2 мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;
= 2 мин на инструктаж мастера;
= 5 мин на установку и снятие четырёхкулачкового патрона;
= 1,6 мин на установку и снятие двух инструментов в инструментальный магазин;
= 1 мин на установку и снятие программоносителя в считывающее устройство;
= 1,2 мин на проверку считывающего устройства;
= 1,2 мин на ввод программы в память системы;
ТПР обр. = 5,1 мин на пробную обработку;
Нормативные значения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени для операций сверления:
ТВ уст = 0,23 мин на установку в тисках с винтовым зажимом;
ТВ оп = 0,2 мин вспомогательное время связанное с операцией;
ТВ изм = 0,09 мин при измерении штангенциркулем;
атех + аорг + аот.л = 8%;
= 4 мин на получение наряда, чертежа, инструмента, приспособлений, заготовок;
= 2 мин на ознакомление с работой, чертежом, осмотр заготовок;
= 2 мин на инструктаж мастера;
= 2 мин на установку и снятие патрона;
= 1,2 мин на настройку кулачков самоцентрирующегося патрона;
= 0,25 мин на установку исходных режимов работы станка;
= 0,8 мин на установку программоносителя;
= 0,3 мин на настройку устройства для подачи СОЖ;
= 1,5 мин на установку исходных координат x и y;
ТПР обр. = 4,5 мин на пробную обработку;
По результатам выполненных расчетов штучно-калькуляционного времени, являющегося одним из критериальных параметров (см. таблицу 1.2), осуществлен поиск значений остальных критериальных параметров.
Приведённые затраты на выполнение технологической операции, соответствующей вершине графа X, вычислены по формуле:
где - нормативное (см. [6]) значение часовых приведённых затрат, связанных с работой оборудования на соответствующей операции.
Площадь, занимаемая станками на технологической операции, соответствующей вершине граф а рассчитана по формуле:
где - нормативное значение площади, занимаемой технологическим оборудованием на операции, соответствующей вершине
;
N – расчетная годовая программа на группу технологически однородных деталей;
– нормативное значение коэффициента загрузки оборудования; по машиностроению принимают
;
- годовой фонд времени работы станка на операции соответствующей i-ой вершине. Нормативная величина определяется справочником,
норм часов в год.
Для удобства расчета критериальных параметров было использовано программное приложение «Microsoft Excel» пакета программ «Microsoft Office – 2003». [9]
Результаты расчёта критериальных параметров приведены в таблице 1.3 и на самой математической модели, для удобства анализа полученных результатов (см. чертеж 2106 369247 000 ММ).