Введение 4
Глава 1.Состояние вопроса и существующий уровень автоматизации 10
1.1 Анализ существующего уровня автоматизации процессов обработки 10
1.2 Понятие о СКС-системах и их роль в производстве 11
1.3 История развития САМ-систем 15
1.4 Уровень разработок 16
1.5 Тенденции развития 18
1.6. Выводы 24
Глава 2. Общие сведения о группе обрабатываемых деталей и методах их обработки 25
2.1 Общие сведения о группе обрабатываемых деталей 25
2.2 Оборудование, используемое при обработке деталей типа матрица 27
и пуансон 27
2.3 Программное обеспечение процесса обработки 28
2.4 Анализ способов обработки поверхностей 28
2.5 Существующие методы оптимизации 34
2.6 Выводы 35
Глава 3. Структурная оптимизация процессов механической обработки 36
3.1 Анализ типовой детали 36
3.2 Структурная оптимизация технологического процесса 40
3.3 Выбор вида заготовки и метода её изготовления 42
3.4 Структурный анализ выбора типового маршрута обработки 48
3.5 Выводы 63
Глава 4. Усовершенствование управляющей программы для оборудования с ЧПУ 64
4.1 Разработка и усовершенствование управляющей программы чистовой обработки 65
4.2 Выводы 75
Глава 5. Параметрическая оптимизация процессов механической обработки 76
5.1 Определение целевой функции 76
5.2 Создание математической модели процесса обработки 79
5.3 Режущие возможности инструмента 80
5.4 Мощность привода главного движения станка 81
5.5 Наименьшая и наибольшая скорости резания и подачи 81
5.6 Требуемая шероховатость обрабатываемой поверхности 82
5.7 Определение математической модели 83
5.8 Выводы 85
Заключение 86
Список использованных источников 87
Купить

Организация современного эффективного и конкурентоспособного производства, отвечающего потребностям потребителей, немыслима без применения технологий, идущих в ногу со временем. Основным инструментом сложной металлообработки являются станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Для обеспечения бесперебойной работы такого оборудования требуется не только квалифицированное обслуживание, обученные операторы и наладчики, но и тщательная технологическая подготовка производства. Решение подобных задач возможно с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР).
Автоматизация производства определяется технологиями, состоящими виспользовании компьютерных систем для планирования, управления и контроля операций производства через прямую или косвенную взаимосвязь с производственными ресурсами [1]. В ряде случаев под аббревиатурой САМ понимают числовое программное управление и системы, предоставляющие возможность автоматизированного создания управляющих программ для станков с ЧПУ Это происходит из-за того, что ЧПУ является одним из наиболее действенных подходов к автоматизации производства.
САМ - системы прочно обосновались в современном машиностроительном мире. Они нашли своё применение в авиационной промышленности, судостроении, в производствах, связанных с медициной и т.д. Такие качества САМ-систем как способность генерации сложных траекторий инструмента, высокая скорость создания управляющих программ, возможность постпроцессирования для практически всех существующих систем ЧПУ открыли множество возможностей в областях, связанных с обработкой сложных поверхностей. Детали, имеющие сложные трёхмерные поверхности, высокие требования к точности и, конечно, стремление производителей снизить издержки - вот основные драйверы индустрии ЧПУ, а значит и CAM-систем в нашей стране и мире.
С ростом числа производств - потребителей САМ-продуктов, растёт и конкуренция между компаниями, занимающимися разработкой соответствующих САПР. За 2014 год объем отечественного рынка таких систем вырос на 18,35%, что так же является показателем роста потребления станков с программным управлением [2]. Разработчики программ стремятся все больше упростить и ускорить процесс генерирования траекторий обработки для станков с ЧПУ САМ-системы постоянно идут по пути развития. Разрабатываются и выходят в свет всевозможные узкоспециализированные приложения для решения конкретных задач пользователей, появляются все новые инструменты создания УП, стратегии обработки и интеллектуальные функции. Разработчики стремятся укрепить своё положение на отечественном рынке за счёт интегрирования своих продуктов в наиболее популярные CAD-системы.
В проблемах, связанных с производством штампов, на сегодняшний день практически невозможно обойтись безобработки с ЧПУ. Формообразующие части штампов и пресс-форм зачастую являются сложными в мехобработке деталями.
В данной работе будут рассматриваться такие формообразующие части вытяжных штампов как пуансон и матрица, не разбитые на секции и предназначенные для средней штамповки. Цельность такого инструмента обусловлена сложностью сборки образованных секций и применимостью таких штампов в среднесерийном производстве.
Т.к. штамповое производство продолжает своё развитие в России, проблемы производства штамповой оснастки продолжают быть актуальными. Основными проблемами в данной сфере являются: оптимальная загрузка оборудования с ЧПУ деталями и оптимизация самой обработки, с целью снизить время работы станков, а значит и себестоимость готовой продукции.
Наиболее распространённым оборудованием с ЧПУ при производстве штамповой оснастки по-прежнему остаются трёх-осевые станки фрезерной группы и станки электроэрозионной группы (как проволочные, так и прошивные). Увеличение количества управляемых осей на станках фрезерной группы, конечно же, увеличивает среднюю производительность обработки, однако обходится предприятию в приобретение и обслуживание достаточно дорогостоящего оборудования, особенно в условиях отсутствия (или низкого развития) подобного станкостроения в нашей стране. Поэтому, покупку 5 -ти осевых (равно как и 3+2-осевых) станков могут позволить себе лишь крупные предприятия, способные обеспечить высокую загрузку такого оборудования сложными в обработке деталями. В виду изложенного, в данной работе будут рассматриваться лишь трёх-осевые станки фрезерной группы.
Для рассматриваемых деталей характерны малые допуски и низкая шероховатость ответственных поверхностей, что влечёт за собой повышение трудоёмкости их изготовления. На чистовом этапе плоские участки пуансонов и матриц обычно подвергаются шлифовке, если это возможно. Остальные же поверхности обрабатываются на фрезерном и электроэрозионном оборудовании. Чистовое фрезерование подобных деталей заставляет использовать высокопроизводительный и точный инструмент, такой как цельные и сборные твердосплавные фрезы, т.к. твёрдость используемых сталей после термической обработки обычно достигает 60-62 HRC. Правильный выбор и использование инструмента является одним из важных моментов в оптимизации механической обработки.
В общем смысле в задачи оптимизации входит нахождение максимумов (или минимумов) некой целевой функции в определённом (допустимом) множестве задачи. Результаты оптимизации зависят от правильно выбранных целевых функций и критериев оптимизации.
К этапам оптимизации можно отнести:
1. Определение целевых функций, подлежащих оптимизации.
2. Выделение критериев оптимизации.
3. Выявление управляющих параметров.
4. Оптимизация путём применения различных математических методов.
В качестве целевой функции в работе будет установлено такое соответствие между переменными процесса, которое при заданных критериях производства обеспечит наилучшее решение задач, связанных с обработкой матриц и пуансонов штамповой оснастки.
Критерием оптимизации обычно называют некий показатель решения проблемы, по значению которого определяется оптимальность найденного подхода. Оптимизация с количеством параметров более одного является многокритериальной задачей.
В данной работе в качестве критериев выступают:
1. Параметры режимов резания.
2. Машинное время диктуемой управляющей программой.
3. Высокая производительность операций обработки.
4. Автоматическое определение стратегий обработки и др.
Для проведения оптимизации в условиях многокритериальной задачи необходимо проведение ранжирования критериев по степени важности с помощью экспертных оценок, а также анализ иерархий [3].
Порядок применения этого метода имеет следующий вид:
1. Построение математической модели в виде иерархии, учитывающей целевую функцию, критерии для оценки и альтернативные варианты решения.
2. Определение приоритетности элементов путём их сравнения.
3. Создание глобальных приоритетов (если требуется).
4. Принятие определенного решения задачи на основе полученных результатов.
Выбор наиболее важных критериев, основанный на опыте и рекомендациях экспертов, является субъективным. Помимо этого, векторная оптимизация не даёт абсолютно правильного решения, так как в ряде случаев улучшение одного параметра отражается на другом. Поэтому решение рассматриваемой задачи будет компромиссным, что в итоге и дает возможность создания, в определённой степени, универсальной математической модели.
Стоит отметить, что критериями целевой функции так же будут являться параметры автоматизации подготовки производства. Т.е. велико влияние используемой CAM-системы на результаты оптимизации.
Целью диссертации является создание методики совершенствования технологического процесса обработки формообразующих деталей штамповой оснасти на станках с ЧПУ за счёт оптимизации структуры маршрута обработки и параметров фрезерования.
Объектом исследования в работе является разработка технологического процесса фрезерования рабочих инструментов штампов для листовой штамповки на станках с ЧПУ.
Предметом исследования являются методы оптимизации структуры маршрутов механической обработки и параметров фрезерования.
Научные положения и результаты исследования выносимые на защиту:
1. Структурная оптимизация технологического процесса;
2. Параметрическая оптимизация процессов механической обработки;
3. Оптимизация управляющей программы для оборудования с ЧПУ.
Научная новизна работы. Разработаны алгоритмы структурной оптимизации технологического процесса. Построена математическая модель процессов обработки, учитывающая технологические факторы в виде ограничений.
Практическая ценность. Разработанные методы оптимизации позволяют снизить себестоимость и трудоёмкость обработки цельных формообразующих частей вытяжных штампов. Предложенный алгоритм создания управляющих программ для оборудования с ЧПУ позволяет учесть специфику обработки цельных формообразующих деталей.
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 статья и тезисы.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Объём работы 90 страниц.
Купить