Структура задач оптимизации технологических режимов работы оборудования
В условиях современного производства основной частью нормы времени чаще всего является машинное (аппаратурное) время, величина которого определяется режимами работы оборудования. Так, при механической обработке машинное время рассчитывается на основе соотношения между длиной пути и скоростью перемещения инструментов. Эти величины в свою очередь устанавливаются исходя из параметров режима обработки: глубины, подачи и скорости резания. Как было показано в разд. 2.8, при оптимизации технологического и трудового процессов должны указываться ограничения по необходимому производственному результату, условиям труда, использованию средств производства и объемам производственных ресурсов. Выбор оптимального варианта должен осуществляться по критерию минимума суммарных затрат на заданную программу выпуска продукции. Рассмотрим структуру задач оптимизации режимов технологического процесса на примере обоснования режимов механической обработки деталей на металлорежущих станках. Эти задачи анализируются в технической и экономической литературе уже в течение десятилетий. Одна из первых попыток оптимизации режима резания была предпринята Ф. У. Тейлором, который известен своими работами" не только по организации и нормированию труда, но и по технологии обработки металлов [Илек и др. С. 85]. При оптимизации режимов резания определяются наиболее эффективные значения скорости резания v, подачи s и глубины t, т. е. *={v, 5, t). (5.3.1) Область допустимых значении v, s9 t определяет система ограничений. Прежде всего должны соблюдаться технические ограничения, обусловленные характеристиками предметов труда, инструментов, приспособлений и оборудования. К числу этих характеристик относятся свойства обрабатываемого материала, требуемая точность и чистота обработки детали, статические и динамические характеристики станка, конструкция, материал, геометрические параметры, допустимый износ инструмента, жесткость системы «станок—приспособление—инструмент—деталь» (СД) и т. д. В частности, при установлении режима резания должны соблюдаться ограничения вида: Qr(X)<Q% (г = 1, 2, ..., (о) (5.3.2) где Qr(X) — усилие на r-й элемент системы СД, соответствующее определенному варианту режима резания; Qf — допустимое усилие на r-й элемент системы СД. Так, допустимость той или иной подачи проверяется по прочности державки резца и пластинки твердого сплава, по величине прогиба детали, возникающего вследствие радиального усилия резания, и по прочности механизма подачи стайка. Наряду с ограничениями типа (5.3.2) должны соблюдаться ограничения, обусловленные параметрами применяемого оборудования. В частности, выбранное число оборотов шпинделя п(Х) должно соответствовать допустимому числу оборотов лд, указанному в паспорте станка. В общем виде подобные ограничения записываются следующим образом: ав{Х)е{а*}. (е = 1, 2, ..., п) (5.3.3) Такая запись означает, что величины ае(Х) должны соответствовать множеству допустимых значений {а*}. Из группы ограничений по условиям труда следует учитывать требования, обусловленные необходимостью удобного и безопасного отвода стружки из зоны резания. Для этого выбирают соответствующую геометрию инструмента, параметры режима резания, защитные приспособления. Психофизиологические и социальные ограничения, обусловленные конструкцией оборудования, должны учитываться при его проектировании. При выборе режима резания большое значение имеют ограничения по программе выпуска продукции и использованию фонда времени оборудования. В существующих методиках эти ограничения учитываются недостаточно, хотя для выбора экономически наиболее эффективного режима обработки они являются одними из важнейших. Зависимость объема выпуска продукции от режима резания характеризуется двумя обстоятельствами. С одной стороны, увеличение скорости резания приводит к уменьшению машинного времени на единицу продукции, с другой — при увеличении скорости существенно уменьшается стойкость инструмента, увеличивается число его переточек и, как следствие, увеличивается время простоев оборудования, вызванных заменой инструментов. Чтобы учесть эти обстоятельства при выборе оптимального режима резания, будем исходить из того, что на каждом станке • можно выделить три состояния: машинную работу (резание), простой во время и в ожидании смены инструмента и простой по всем остальным причинам. Соответственно можно записать: К + К + (5.3.4) где Км — коэффициент использования оборудования по машинному времени (удельный вес машинного времени в фонде времени работы станка); Ки — доля времени простоев оборудования при замене инструментов; Кп — доля времени простоев оборудования по остальным причинам. Значениям X (т. е. скорости резания, подаче, глубине) соответствуют определенные величины машинного времени на единицу продукции. На основе этих величин для каждого А" можно установить величину коэффициента использования оборудования по машинному времени — необходимому для выполнения производственной программы: KW= k FN , (5.3.5) где Pk — программа выпуска деталей к-го вида в планируемом периоде; tuk(X) — машинное время на единицу продукции fc-ro вида; Fx — располагаемый фонд времени одного станка в планируемом периоде; N— количество используемых единиц оборудования. Наряду с коэффициентом машинного времени каждому варианту режима обработки соответствует коэффициент простоев, связанных с заменой инструментов, — КН(Х). Эта величина рассчитывается исходя из стойкости режущего инструмента, определяющей частоту его переточек, и времени на смену инструмента, которое зависит от организации обслуживания рабочих мест. В частности, если рабочий-станочник сам затачивает и меняет инструмент, время на смену инструмента будет включать продолжительность действия рабочего по снятию инструмента, его заточке, установке и переходов. При централизованной заточке и доставке инструмента на рабочее место время на смену инструмента будет определяться продолжительностью действий по снятию затупившегося и установке нового инструмента. Величину Кк(Х) можно определить по формуле: jTjiV где R(X) — среднее количество простоев оборудования во время замены или подправки инструмента за период Fx (при прочих равных условиях величина R(X) пропорциональна стойкости инструмента); tn(X) — среднее время на одну замену (подправку) инструмента. Коэффициент машинного времени, который можно реально обеспечить при данной системе замены инструментов, устанавливается исходя из формул (5.3.4) и (5.3.6). Величина Кп в формуле 5.3.4 при расчетах режима резания может быть либо независимой от Л" (при обслуживании рабочим одного станка), либо связанной с ним зависимостью, близкой к функциональной (при многостаночной работе) . В дальнейшем будем считать, что величина Кп однозначно определена. При этом на основе формул (5.3.4) и (5.3.6) имеем: К*(Х) = 1 - Кп - КИ(Х) = 1 - Кп (5.3.7) Таким образом, каждому варианту режима обработки и каждой системе организации обслуживания рабочих мест соответствуют определенные величины коэффициентов К„{Х) и К*(Х). Для выполнения программы выпуска продукции необходимо, чтобы соблюдалось ограничение: К*(Х)>КНМ(Х). (5.3.8) Оптимальный вариант, удовлетворяющий ограничениям (5.3.2), (5.3.3) и (5.3.8), должен определяться по критерию минимума суммарных затрат на заданную программу выпуска продукции. В условиях действующего производства при фиксированном количестве единиц используемого оборудования варианты режимов обработки будут различаться в основном расходами: на оплату труда рабочих — ^(Л), инструмент — SU(X) и на электроэнергию — 5Э(А). В этом случае целевой функции (5.3.9) будет эквивалентна функция: S(X) = [Sp(X) + 5Н(Л) + S3(X)] min. (5.3.9) На основе соотношений (5.3.2), (5.3.3), (5.3.8), (5.3.9) структуру задачи оптимизации технологического режима в условиях действующего производства при фиксированном количестве единиц оборудования можно представить в следующем виде: найти Х= {v, /}, при котором Qr{X)<Q% (r = 1, 2, ..., со) яДЛеК}, (е = 19 2, ..., и) к1{х)>к:{х\ S(X) = [Sp(*) + S„(X) + S3(X)] -> min. Расчеты при выборе оптимального режима резания выполняются в следующем порядке. В соответствии с требованиями к точности и чистоте обрабатываемой поверхности и с величиной припуска устанавливается глубина резания /. При черновой обработке стремятся работать с максимальной глубиной резания, допустимой системой СД. Чистовая обработка ведется при небольшой глубине резания. Так, если при обработке на токарном станке припуск составляет 5 мм, то черновая обработка может вестись при /= 4 мм, а чистовая — при t = 1 мм. Исходя из принятой глубины резания выбирается подача, обеспечивающая выполнение требований к качеству обработки с учетом геометрии инструмента и допустимых усилий в системе СД. Величина подачи при чистовой обработке регламентируется в основном необходимым качеством обрабатываемой поверхности. На основе глубины резания и подачи устанавливается скорость резания. При этом учитываются: требуемая точность и чистота обработки, геометрия и материал инструмента, механические характеристики и материал заготовки, допустимые усилия в системе СД, экономически наиболее эффективные периоды стойкости инструмента. Для выбранной скорости резания определяются число оборотов шпинделя, необходимая мощность станка и двойной крутящий момент. Эти величины сопоставляются с паспортными данными станка. Исходя из уточненного числа оборотов шпинделя рассчитывается фактическая скорость резания. В зависимости от конкретных производственных условий и возможностей применения вычислительной техники на практике используются различные методики установления режимов обработки. При оперативном нормировании чаще всего используются общемашиностроительные нормативы режимов резания, а также различного рода таблицы и номограммы, позволяющие сократить трудоемкость технологических расчетов. Наряду с этим все большее применение получают автоматизированные системы технологического проектирования и нормирования труда, важнейшей частью которых являются алгоритмы и программы оптимизации режимов обработки. В связи с расширяющимся применением оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и гибких автоматизированных производств (ГАП) наиболее перспективными являются комплексные системы проектирования производственных процессов, включающие комплексы взаимосвязанных расчетов по выбору оптимальных вариантов последовательности обработки, технологического оборудования, инструмента, приспособлений, режимов резания, по определению всех составляющих нормы времени с учетом масштабов выпуска продукции и этапов ее освоения. Результаты расчетов выдаются в виде технодого-нормировочных карт, в которых для каждой операции указываются: оборудование, инструмент, приспособления, режимы обработки, норма времени и разряд работы. Наряду с этим при выполнении операции на станке с числовым программным управлением выдается программа работы станка. После выбора оптимального варианта режима обработки машинное время на операцию однозначно определяется установленными значениями технологических параметров. Так, при обточке детали на токарном станке машинное время определяется по формуле: _ L l + ll+l2 'м 1 nSo где L — длина пути инструмента в направлении подачи, мм; / — длина обрабатываемой поверхности, мм; 1{ — длина врезания инструмента, мм; /2 — длина перебега инструмента, мм; п — число оборотов в минуту; sQ — подача в мм на оборот; sM — подача в мм/мин; /— число рабочих ходов (проходов), определяется соотношением припуска на обработку h и глубины резания t при каждом рабочем ходе, т. е. t{ + t2 + ... + ti = = А.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Структура задач оптимизации технологических режимов работы оборудования» з дисципліни «Організація, нормування та оплата праці на промислових підприємствах»
