КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НОРМАТИВНЫХ  РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РЕЖИМАМ РЕЗАНИЯ  В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Д.т.н. Кошин А.А., к.т.н. Сазонова Н.С.

Южно-Уральский государственный университет, г.Челябинск, Россия

КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НОРМАТИВНЫХ
РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РЕЖИМАМ РЕЗАНИЯ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Характерной чертой современного машиностроения является преобладание мелкосерийного производства и широкая, постоянно меняющаяся номенклатура выпускаемых изделий. Запуск в производство новых изделий должен осуществляться в предельно сжатые сроки, что предполагает сокращение сроков технологической подготовки производства, а это достигается путем переноса решения этой проблемы в область информационных компьютерных технологий – использование систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

В настоящее время в России и странах ближнего зарубежья разработаны и эксплуатируются на предприятиях машиностроения ряд САПР ТП:
T-FLEX/Технология, КОМПАС/Вертикаль, ADEM, CADMECH/TECHCARD, TechnologiCS, Sprut. Все перечисленные системы на высоком уровне решают организационные задачи технологического проектирования, то есть позволяют спроектировать структуру технологического процесса (в диалоговом режиме или путем проектирования по типовому техпроцессу задать последовательность выполнения технологических операций, выбрать оборудование, сформировать последовательность технологических переходов на каждую операцию, с учетом используемой технологической оснастки: режущего, вспомогательного, мерительного инструмента). Однако решение вопросов трудового нормирования, то есть назначение режимов резания и норм времени в этих системах либо отсутствует, либо не соответствует нормативной методике, заложенной в общемашиностроительных нормативах.

Таким образом, в современных условиях актуальна проблема разработки САПР ТП, которая позволяла бы назначить режимы обработки и определить все составляющие нормы времени согласно методике, принятой в общемашиностроительных нормативах.

В основу любой САПР должна быть положена классификация основных единиц проектирования. В общемашиностроительных нормативах времени и режимов резания основной единицей нормирования выступает вид обработки, охватывающий, чаще всего, целую группу технологических переходов, отличающихся различными вариантами расположения обрабатываемой поверхности, наличием, либо отсутствием дополнительных поверхностей, направлениями подач и скоростей резания. Например, вид обработки – шлифование наружной цилиндрической поверхности с радиальной подачей охватывает следующие переходы: шлифование открытой цилиндрической поверхности, цилиндрической поверхности, ограниченной галтелью или торцом с одной стороны, цилиндрической поверхности, ограниченной галтелью или торцом с двух сторон и шлифование шлицевой (прерывистой) поверхности.

При разработке же технологического процесса основными единицами проектирования являются технологический переход и технологическая операция. Соответственно на этапе нормирования основные элементы нормирования – также технологический переход, для которого назначаются режимы резания, основное и вспомогательное время и технологическая операция, для которой задаются штучное и подготовительно-заключительное время.

Существующие САПР базируются на этой же иерархии основных единиц проектирования: технологических операциях и технологических переходах. Поэтому в подсистемах расчета режимов резания и нормирования, если САПР оснащена этими подсистемами, противоречие между структурой нормативов и методологией компьютерного проектирования техпроцессов. преодолевается путем разработки комплекса согласующих алгоритмов, устанавливающих соответствие между базовым вариантом рассматриваемого вида обработки и соответствующим технологическим переходом. При подобной организации алгоритмического и программного обеспечения САПР характеристики технологических переходов оказываются прописанными непосредственно в тексте программы, то есть программное обеспечение не является инвариантным относительно нормативной базы. При адаптации такой САПР к условиям конкретного предприятия (добавление нового перехода, или удаление ненужного) возникает необходимость внесения изменений в текст программы, что требует обязательного присутствия разработчика системы.

Радикальным направлением устранения данных недостатков является приведение структуры нормативной базы к виду, естественному для методологии компьютерного проектирования, когда в ее основе лежит не вид обработки, а технологический переход. Поэтому, одной из главных задач создания современной Общемашиностроительной компьютерной системы нормирования техпроцессов выступает задача алгоритмической структуризации общемашиностроительных нормативов времени и режимов резания, когда структурной единицей нормативной базы является комплект карт по нормированию технологического перехода.

Типовая методика расчета режимов резания по любому существующему нормативному справочнику включает: таблицу базового значения искомого режимного параметра для типовой ситуации и совокупность таблиц поправочных коэффициентов на измененные условия обработки, что алгоритмически может быть представлено в виде цепочки последовательного чтения нормативных таблиц и перемножения полученных результатов: P_б/K_p₁/K_p₂/K_p₃/…/K_pn . Причем количество таблиц, т.е. этапов в такой алгоритмической цепочке может достигать 8 – 10.

Кроме того, анализ содержания нормативных таблиц из различных нормативных справочников показал наличие такого факта, как неравномерная точность определения искомых параметров.

Традиционно сложилась следующая схема представления данных в нормативных таблицах: значения параметров, выступающих в качестве исходных данных, задаются через интервалы, соответствующие рядам предпочтительных чисел, а в матрице решений таблицы находятся значения результирующего параметра, являющегося функцией этих исходных данных. При этом в большинстве случаев оказывается, что значения, принимаемые результирующим параметром, расположены в таблице с большой неравномерностью, что приводит к появлению погрешности определения значений режимных параметров.

Для примера можно привести таблицу по определению подачи при токарной обработке жаропрочной и коррозионно-стойкой стали (продольное точение и подрезка торцов) на станках с ЧПУ (карта 3 лист 2) [1] (табл. 1).

Таблица 1

Глубина резания t, мм до	Диаметр детали D, мм до
	18	50	180	500	3150
	Подача, So, мм/об
2	0,18	0,22 ®18%	0,26 ®15,4%	0,36 ®28%	0,96 ®62,5%
3	0,16 ¯12,5%	0,20 ®20% ¯10%	0,23 ®13% ¯13%	0,32 ®28,1% ¯12,5%	0,85 ®62% ¯13%
5	0,13 ¯23%	0,17 ®23,5% ¯17,6%	0,20 ®15% ¯15%	0,28 ®28,6% ¯14,3%	0,73 ®62% ¯16,4%
8	0,11 ¯18%	0,15 ®26,7% ¯13%	0,17 ®11,8% ¯17,6%	0,24 ®29,2% ¯16,7%	0,63 ®62% ¯15,9%
12	–	0,13 ¯15,4%	0,15 ®13,3% ¯13%	0,22 ®31,8% ¯9%	0,56 ®61% ¯12,5%
15	–	–	0,14 ¯7%	0,20 ®30% ¯10%	0,52 ®61,5% ¯7,7%

(Здесь в каждой ячейке таблицы кроме самого значения величины подачи по стрелке вправо указано, на сколько процентов значение в данной ячейке отличается от значения слева, а по стрелке вниз – от значения сверху).

Из примера видно, что в зависимости от места в матрице решений, где находится значение подачи, относительная погрешность по горизонтали достигает 62,5%; а по вертикали – 23%.

При определении нормируемого параметра, когда итоговое значение получается путем перемножения результатов чтения цепочки таблиц, точность определения этого параметра будет зависеть от точности определения результатов чтения каждой таблицы в цепочке. И чем длиннее будет цепочка таблиц, тем ниже точность определения искомого значения параметра, а в отдельных случаях может погрешность может достигать уровня 100%, что сделает расчет по таким таблицам фактически бессмысленным.

Выходом из сложившейся ситуации является использование равноточных рядов значений нормируемых параметров: a_n₊₁= a₀(1+q)ⁿ .Такой ряд представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем q = 0,1 или q = 0,05.

Причем заполнение нормативных карт ведется в обратном порядке: на диапазон значений нормируемого (искомого) параметра, который описывается в таблице, накладывается равноточный ряд его значений — для каждого значения искомого параметра определяется соответствующее ему значение исходного параметра, которое и заносится в шапку таблицы [2].

Применение равноточных рядов позволяет преобразовать нормативные карты к виду таблиц-номограмм, которые дают возможность практически неограниченно увеличивать число читающих переменных (реально — до 10) и сокращать в итоге цепочку таблиц поправочных коэффициентов.

Таким образом, кибернетическое переложение нормативной методики определения режимов резания должно подчиняться следующим принципам: приведение структуры нормативной базы к виду, естественному для методологии компьютерного проектирования, когда в ее основе лежит технологический переход; преобразование нормативных карт к виду таблиц-номограмм, построенных на основе равноточных рядов значений, что позволяет сократить длину цепочки нормативных таблиц и повысить точность определения значений нормируемых параметров.

Литература:

1. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. Ч II. Нормативы режимов резания. – М.: Экономика, 1990. – 474 с.

2. Кошин А.А. Эффективность карт-номограмм для представления информации в нормативных справочниках времени и режимов резания / А.А. Кошин, Н.С.Сазонова // Прогрессивные технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. – Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2009. – С. 120–126.