Повышение эффективности технологических процессов механической обработки изделий машиностроения на основе методики проектирования групповых инструментальных наладок

Аннотация. Рассматриваются особенности изготовления продукции на вертикальном обрабатывающем центре с ЧПУ. Описан принцип формирования очередности запуска деталей на основе представления процесса обработки в матричной форме и применения кластерного анализа. Описан алгоритм подсчета количества переналадок и определения оптимального метода выстраивания очереди обработки.
Ключевые слова: кластерный анализ, блочная структура, подготовительно-заключительное время изготовления.
Развитие машиностроения во многом определяется возможностями оборудования и совершенствованием технологий производства. Программируемое оборудование заменило универсальные станки (станки с ручным управлением). По мере его развития повышалась точность позиционирования рабочих органов, количество управляемых и одновременно используемых осей и режущих инструментов. Совершенствование оборудования также повлияло на развитие элементной базы [1].
Появление сложного режущего инструмента, сочетающего в себе несколько функций, быстросъемные инструментальные оправки, термоусадочные патроны, позволило значительно повысить производительность оборудования, точность и уменьшить шероховатость обрабатываемых поверхностей.
Компьютеризация производства позволила создать информационные базы, включая номенклатуру обрабатываемых деталей, используемых режущих измерительных инструментов, устройств, а также разработать автоматизированные системы подготовки и управления производством. Это позволило значительно сократить время, затрачиваемое на разработку, модификацию и внедрение технологических процессов.
Вертикальная обработка, также известная как фрезерование, основана на использовании вращающихся фрез для удаления металла с заготовки. Вертикальная обработка происходит на вертикальном обрабатывающем центре (VMC), в котором используется шпиндель с вертикальной ориентацией. С вертикально ориентированным шпинделем инструменты торчат прямо из держателя инструмента и часто режут поверх заготовки [2].
Вертикальные обрабатывающие центры имеют ось шпинделя вертикально ориентированной. Его фрезы удерживаются в шпинделе, и он вращается вокруг своей оси. Обычно шпиндель можно удлинить, чтобы можно было выполнять врезание и сверление, хотя стол также можно было опустить или поднять. Вертикальные обрабатывающие центры делятся на две подкатегории. К этим категориям относятся станина и револьверная фреза.
Хотя они могут быть похожими, поскольку оба являются обрабатывающими центрами, вертикальные и горизонтальные обрабатывающие центры служат разным целям. Горизонтальные обрабатывающие центры были первыми, в которых фрезерные столы устанавливались под токарными станками. Однако, желая изменить угол наклона горизонтальных обрабатывающих центров, были созданы аксессуары, такие как насадные головки, для преобразования горизонтальных обрабатывающих центров в вертикальные.
Время наладки - это комбинация времени наладки инструмента и времени на переналадку. Количество смен инструмента определяет общее время обработки. Задача рациональной смены инструмента формулируется как задача определения оптимальной последовательности пуска, при которой время переналадки стремится к минимуму. В то же время поиск и определение минимального времени переналадки во многом определяется разработчиками TP. Именно на этом этапе определяется инструмент для обработки, его вид и характеристики. Разнообразие деталей инструмента для их обработки ставит задачу создания инструментальной базы, необходимой для всего спектра обрабатываемых деталей [3]. В контексте мелкосерийного производства, состоящего из нескольких продуктов, разнообразие используемых инструментов приводит к частой замене и, в конечном итоге, увеличению времени переналадки. Большой ассортимент используемого оборудования также влечет за собой дополнительную нагрузку на отдел снабжения. В связи с этим возникает задача унификации базы используемого инструмента. Предлагается учесть в составе станка набор инструментальных блоков. В связи с этим была поставлена ​​задача определить рациональную смену инструмента, то есть определить оптимальную последовательность запуска деталей.
В настоящее время тип, форма держателя, вставки и кромки, используемые для изготовления материала и покрытия инструментов, определяются в соответствии со стандартами ISO. Эта система обозначений была выбрана в качестве основного классификатора. На его основе мы разработали собственный классификатор и ограничительный перечень инструментов, необходимых и достаточных для обработки любого диапазона деталей на выбранном оборудовании.
Внедрение блока унифицированного инструмента позволяет создать единую цепочку: необходимый инструмент для ТП - унификация - заказ меньшего количества инструментов - отслеживание наличия и возможности замены прямо в магазине [4]. Весь набор инструментов и устройств для обработки требуемой номенклатуры деталей представлен в виде матрицы строк [A] размером 1 × m, где m - номенклатура используемого оборудования. Те. n - то же самое, что и количество инструментов и приспособлений, используемых для обработки выбранного элемента. Таким образом, весь набор инструментов представляется в виде m-мерного пространства, а TP обработки конкретной части определяется набором инструментов и устройств, используемых для обработки, то есть как вектор в этом пространстве [5].
Данная модель технологии производства достаточно гибкая, так как позволяет:
1. Сформировать оптимальный план исходя из: 1) имеющихся заготовок как по диаметру, так и по материалу; 2) имеющиеся инструменты и оборудование; 3) приоритетность запуска, обусловленная сроками поставки запчастей.
2. Сформировать новый план, новую последовательность запуска при внесении корректировок.
3. Выдать руководству цеха и операторам станков списки приоритетных и необходимых инструментов (разработана необходимая форма списка приоритетов).
4. Выдать оператору план работы на определенное время, а также лист смены инструмента и лист настройки режимов обработки (разработаны формы документов).
5. Построить работу технолога по составлению технологических процессов, сразу ориентированных на условия их реализации по данной методике (разработан и внедрен стандарт предприятия).
6. Решать проблемы взаимозаменяемости и унификации используемого инструмента, направленные на решение производственных задач в любое время. Реализовать возможность сокращения необходимой номенклатуры инструмента.
Список литературы:
1. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительногопроизводства.Л.: Машиностроение, 1983. Т. 1. 404 с. Т. 2. 376 с.
2. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения.М.:Машгиз, 1955,517 с.
3. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение. 2001. 368 с.
4. Бурцев В.М., Васильев А.С., Дальский А.М.Технология машиностроения. Т. 1. Основы технологии машиностроения:учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. 564 с.
5. Королев А.В., Бочкарев П.Ю. Концепция гибких технологических процессов механообработки и методыих проектирования: учеб.пособие для вузов.Саратов:СГТУ. 1997. 119 с.