Полученной освещенности вполне достаточно для нормальной работы рабочих и не вызовет светового раздражения глаз.

10. Оптимизация режимов резания с использованием ЭВМ

Построение математической модели задачи и выбор критерия оптимизации.

Задание: предварительное обтачивание ступицы из стали 40ХГНМ. Заготовка - поковка, обрабатываемый размер D = 60,15 мм ;L = 61мм. После обтачивания D₁=41 мм. Инструмент - пластина с механическим креплением пластин из твердого сплава подгруппы ISO Р30. Шероховатость Rа12,5, допуск на размер =0,1мм.

1.1. Математическая модель токарной обработки

Ограничения по кинематическим возможностям станка 250ИТП

1.1.1. Ограничение, связанное с наименьшей частотой вращения шпинделя n_min.

n 63

1.1.2. Ограничение, связанное с наименьшей частотой вращения шпинделя n_mах.

n 3150

1.1.3. Ограничение, связанное с наименьшей рабочей подачей S_min.

S 0,01

1.1.4. Ограничение, связанное с наибольшей рабочей подачей S_max

S 1,5

1.1.5. Ограничение, связанное с режущей способностью инструмента.

Это ограничение, прежде всего зависит от периода стойкости инструмента и механических свойств обрабатываемого материала.

Подставив и преобразовав, получим:

где S = 0.8 мм/об;

С_V = 259 ;

X_V = 0.18 и Y_V = 0.45 ;

d = 40,15 мм ;

Т = 60 мин ;

t = 2 мм ;

где

.

.

.

2.1.6 Ограничение по шероховатости поверхности

Величина подачи, ограничиваемой требованиями к шероховатости поверхности: S 0,73. Ограничения, зависящие от сил резания

2.1.7 Ограничения по мощности привода главного движения станка

Эффективная мощность резания будет:

После преобразования получим:

Где

2.1.8 Ограничение по прочности механизма подач станка

После преобразования и подстановки Pz получим:

2.1.9 Ограничение по прочности режущего инструмента

Напряжения в месте закрепления резца не должны превышать величины допустимых при изгибе [], Мпа. После преобразования получим:

Где

Ограничения по точности обработки

2.1.10 Ограничения по жесткости режущего инструмента

Окружная составляющая усилия резания P_М не должна превышать максимальную нагрузку Р_Ждоп , допускаемую жесткостью резца, т. е. должно выполнятся условие Р_Z P_Ждоп. После необходимых преобразований получим следующее ограничение:

2.1.11 Ограничение по жесткости системы

Ограничение по жесткости системы устанавливает взаимосвязь расчетных скорости резания и подачи с точностью обработки, обусловленной жесткостью системы станок- приспособление- инструмент- заготовка.

После выбора схемы закрепления детали в патроне составляем неравенство и преобразовываем его:

где

Объединение всех полученных неравенств (ограничений) в систему дает нам математическую модель процесса обработки: Система ограничений описывает связи оптимизируемых параметров n и S с характеристиками операции и выделяет область возможных значений режимов резания.

В качестве критерия оптимизации в простейшем случае можно применять основное время. Целевая функция может быть записана следующим образом:

Ряд системы ограничений оказались нелинейными. Следовательно, необходимо использовать методы нелинейного программирования при решении такой оптимизационной задачи. Это значительно усложняет решение. Логарифмирование функции цели и выражений системы ограничений приводит все эти зависимости к линейному виду. Обозначим Ln(n) через Х₁ , ln (110*S) - через Х₂`. Тогда система уравнений будет выглядеть следующим образом:

и целевая функция

Данную систему уравнений можно легко решить на ЭВМ с помощью программы MathCAD 7.0 Proffessinal - универсальной системы математических расчетов.

При решении системы уравнений используется специальный вычислительный блок [9], открываемый служебным словом GIVEN и имеющий следующую структуру:

GIVEN

Уравнения

Ограничительные условия

Выражения для поиска корней уравнения с функциями Find и Minerr

В блоке используется одна из следующих двух функций:

Find(v₁, v₂, … , v_n) - возвращает значение одной или ряда

переменных для точного решения;

Minerr(v₁, v₂, … , v_n) - возвращает значение однной или ряда переменных для приближенного решения.

Между этими функциями существуют принципиальные различия. Первая функция используется, когда решение реально существует (хотя и не является аналитическим). Вторая функция пытается найти максималное приближение даже к несуществующему решению путем минимизации среднеквадратической погрешности решения. Для задания уравннения в блоке вычисления (после служебного слова GIVEN) необходимо исползовать приближенный знак равенства. Для решения системы уравнений будем использовать функцию для нахождения корней - Minerr. На рис. 10.1. показан листинг программы и решение в системе MathCAD.

Так как

Округляя n и S до меньших стандартных значений, окончательно получим оптимальные режимы: n=180 об/мин, S=0,7 мм/об

Заключение

В ходе работы над дипломным проектом был разработан технологический процесс изготовления ступицы переднего колеса для автомобиля ВАЗ 21213. Было предложено применить новый инструмент - протяжку разработанный и предложенный в ходе патентных исследований. Так же на основе проведенного научного исследования было предложен новый метод обработки - высокоскоростное шлифование, который позволил заменить два шлифовальных станка на один предназначенный для высокоскоростного шлифования, где в качестве инструментального материала используется кубический натрид бора на гальванической связке.

Было проведено экономическое сравнение базового и проектного варианта, которое показало, что внедрение проектного варианта в производство даст чистую прибыль в размере 88518,29 рублей.

Литература

Горбацевич А. Ф., Шкред В. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [учебное пособие для машиностротельных специалных вузов]. - 4-е изд., перераб. И доп. - Мн.: Выш. Школа, 1983.-256 с., ил.

Косилова А.Г., Мещеряков Р.К, Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. М., "Машиностроение", 1976.

Материалы семинара HGS-Technologie - новый метод обработки металлов. Перевод Рейнхард Эрих., 1989.

Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах. Изд. 4-е переработ. Том 2. Под ред. канд. техн. наук А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, М., "Машиностроение", 1983. 694 с.

Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям М54 "Технология машиностроения", "Металлорежущие станки и инструменты"/Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю. Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.: ил.

Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова. - М.: Машиностроение, 1990.-400с.: ил.

Охрана труда в машиностроении. Под ред. Е.Я. Юдина. Уч. Для вузов. М., "Машиностроение", 1976. - 335 с.

Режимы резания металлов. Справочник. Изд. 3-е, переработанное и дополненное. М., "Машиностроение", 1972.

Владимир Павлович Дьяконов. Справочник по MathCAD PLUS 6.0 PRO

Каталог инструмента для токарной и фрезерной обработки ф. Sandvik", 1997 г.

Каталог осевого инструмента ф. "Titex Plus", 1996 г.

Патентоведение. Учебник для ВУЗов. Е. И. Артемьев, М. М. Богуславский, Р.П. Вчерашний и др. под ред В. А. Рясенцева - М., Машиностроение, 1984, 352 с.

ГОСТ 15.011-82. Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок проведения патентных исследований. - М., Госстандарт СССР.

Официальный бюллетень "Открытия, изобретения"

Описания к авторским свидетельствам и патентам России по разделу В23Д43/00, 02

РЖ ВИНИТИ 14А "Резание металлов, станки и инструменты"

Реферативный сборник ВНИИПИ "Изобретения стран мира" В23

Журнал "СТИН" 1990-2000 г.

Журнал "Вестник машиностроения" 1990-2000 г.

Современное состояние и тенденции развития материалов для режущего инструмента: Обзор НИИМаш. Инструментальная и абразивно-алмазная промышленность. Серия С-2, М., 1980.