Embed Size (px)
Citation preview
маг. инж. Кирил Кръстев Ленгеров
УПРАВЛЕНИЕ НА ТОЧНОСТТА ПРИ ПРОЕКТИРАНЕ
И ИЗРАБОТВАНЕ НА МАШИНОСТРОИТЕЛНИ
ИЗДЕЛИЯ
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
на
Д И С Е Р Т А Ц И О Н Е Н Т Р У Д
за получаване на образователната и научна степен
“ДОКТОР”
област на висше образование “Технически науки”
професионално направление “Машинно инженерство”
по научната специалност “Технология на машиностроенето”
Научен ръководител:
доц. д-р инж. Ангел Димитров Ленгеров
Пловдив 2017
маг. инж. Кирил Кръстев Ленгеров
УПРАВЛЕНИЕ НА ТОЧНОСТТА ПРИ ПРОЕКТИРАНЕ
И ИЗРАБОТВАНЕ НА МАШИНОСТРОИТЕЛНИ
ИЗДЕЛИЯ
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
на
Д И С Е Р Т А Ц И О Н Е Н Т Р У Д
за получаване на образователната и научна степен
“ДОКТОР”
област на висше образование “Технически науки”
професионално направление “Машинно инженерство”
по научната специалност “Технология на машиностроенето”
Научен ръководител:
доц. д-р инж. Ангел Димитров Ленгеров
Рецензенти:
проф. д-р инж. Васил Иванов Георгиев
проф. д-р инж. Тодор Василев Кузманов
Пловдив 2017
2
Дисертационният труд съдържа 6 глави, изложени на 126 страници, в
които са включени 48 фигури и графики. Списъкът на използваните
литературни източници е съставен от 106 заглавия.
Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита на заседание на
Катедрен съвет на катедра “Машиностроителна техника и технологии” при
Технически университет - София, филиал Пловдив, състояло се на 07.03.2017 г.
Изследванията от дисертационния труд са извършени в Технически
университет - София, филиал Пловдив, в лабораторната база към катедра
“Машиностроителна техника и технологии”.
Защитата на дисертационния труд ще се състои на 30. 06. 2017 г. от 1500
часа в зала 4425, корпус IV на Технически университет - София, филиал
Пловдив.
Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в
канцеларията на Факултета по машиностроене и уредостроене при Технически
университет - София, филиал Пловдив.
Номерата на фигурите и таблиците в автореферата е същата, както в
дисертационния труд.
Автор: маг. инж. Кирил Кръстев Ленгеров
Заглавие: Управление на точността при проектиране и изработване на
машиностроителни изделия
Тираж: 20 броя.
Отпечатан в издателското звено на ТУ-София, филиал Пловдив.
3
А. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД
Актуалност на темата. Повишените изисквания към качеството на
изделията, в условията на пазарна икономика и постоянното нарастване на дяла
на предлагането им на международния пазар, налага да се преосмислят всички
аспекти на проектиране и разработване на машиностроителните изделия.
В световната практика изискванията за конкурентност на технологиите и
висока производителност при производството на машиностроителни изделия
изисква налагането на високото качество.
Високото качество на изделията, проектирани в условията на
едросерийното и масово производство – автомобили, металорежещи машини и
оборудване, електрически уредби и др, изисква изработването на детайлите да
става на специализирани ММ машини, а сглобяването на възлите и изделията
да става по метода на пълната взаимозаменяемост. Това се постига след
обстойно технико-икономическо проучване и обосновано приемане на
техническите решения, т.е да се използва автоматизирано металообработващо
оборудване, инструментална екипировка и специализирани средства за
контрол.
При съвременните традиционни методи за създаваните технологични
процеси, регламентирани със съществуващите стандарти не могат да се
предвидят всички технологични фактори, влияещи на качеството на
сглобяваните детайли.
На етапа на технологичния контрол на конструкторската документация
технологичния анализ на изделията е непълен, като основна причина за това е
недобрата подготовка. Поради ограниченото време за проектиране, инженер-
технолозите в предприятието могат да разработят и оформят само един
вариант на технология. Това води до ниско качество на технологичните
решения, което налага окончателната обработка на технологичност да се
осъществява на последния етап – при усвояването на изделието в цеха и при
пускане на пробната партида. През това време се изготвя цялата
инструментална екипировка. Всяка промяна в конструкторско-технологичната
документация на даден етап води към допълнителни загуби, свързани с
коригирането й, а в много случаи и с проектиране на нова инструментална
екипировка. Това предизвиква допълнителни загуби на време, които са
значително по-големи в сравнение с тези за доработването на технологиите на
етапа проектиране.
Осигуряването на точността при проектирането и изработването на
машиностроителни изделия и икономичността при производството на същите,
може да стане за сметка на усъвършенстването на съществуващите технологии
при подготовката на производството и технологичния контрол на работните
чертежи на изделията. Технологичната подготовка трябва да стане в по-ранен
стадии - на етапа дизайнерско проучване, при разработване на работните
чертежи на изделията и технологичния им контрол. Това дава възможност, без
допълнителни материални и времеви загуби, да се коригира конструкторската
документация за осигуряване на съответната технологичост. Още на този етап
4
се създадат и анализират варианти на технологичните маршрути за обработване
и сглобяване на изделията във вид на размерно-точностни схеми. Това създава
условия за осигуряване качеството на изготвяне на машиностроителните
изделия в конкретните производствени условия, при минимални разходи на
материали, себестойност и трудоемкост при производство.
Цел на дисертационния труд: Управление на точността при
проектиране и изработване на машиностроителни изделия.
Научна новост. Разработена е методика за комплексен анализ на
конструкторско-технологична документация и избор на вариант на
технологичен процес. Създадени са алгоритмични модели за анализ на
размерно-точностните връзки и осигуряване на точността при сглобяването на
машиностроителни изделия.
Практическа полезност и приложимост. Създадените алгоритмични
модели за избор на метод за сглобяване ще осигурят точността на сглобяваните
на машиностроителни изделия.
Програмната реализация на създадените алгоритми ще даде възможност
да се подобри качеството на сглобяване и намаляване себестойността на
процеса.
Апробация на работата. Дисертационният труд е докладван и обсъден
на заседание на катедра “Машиностроителна техника и технологии” при ТУ-
София, филиал Пловдив. Етапи от Дисертационната работа са докладвани и
обсъждани на:
Национална конференция “Машиностроене и машинознание” Дни на
механиката във Варна, 08-10.09.2013 г., Варна;
Национална конференция “Машиностроене и машинознание” Дни на
механиката във Варна, 08-10.09.2014 г., Варна;
Научна конференция с международно участие “Приоритетите в
транспорта - през моя поглед”, 10 - 11.04.2014 г., Пловдив;
VI национална научна конференция за студенти, докторанти и млади
учени, май 2015, Пловдив.
Публикации. По темата на дисертацията са публикувани 3 научна статия,
отпечатани в национални списания и 2 научни доклада.
Структура и обем на дисертационния труд. Дисертационния труд
съдържа: въведение, 6 глави, основни изводи, литература и съдържание в общ
обем 126 стр., където са поместени текст, формули, 48 фигури и графики, 7
таблици и 106 литературни източника, от които 54 на кирилица и 52 на
латиница.
5
Б. КРАТКО ИЗЛОЖЕНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД
ГЛАВА I. СЪСТОЯНИЕ НА ПРОБЛЕМА. ТЕОРЕТИЧНИ ОСНОВИ
НА ПРОЕКТИРАНЕТО НА ТЕХНОЛОГИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ ПРИ
ЕДРОСЕРИЙНО И МАСОВО ПРОИЗВОДСТВО
1.1 Технико-икономически принципи за построяване на
технологичните процеси при едросерийно и масово производство
В условията на масово производство всяка операция се извършва на
отделно металообработващо оборудване, което се разполага в съответствие с
определена последователност за изпълняване на операциите, т.е организира се
поточен метод на обработване и сглобяване, при което сглобяваните единици и
заготовки се предават или транспортират от едно работно място на друго без да
се складират [48].
Количеството на изделията от едросерийно и масовото производство
често надхвърля стотици хиляди бройки, което увеличава периода на работа на
металообработващото оборудване, без да се пренастройва.
Особености при проектирането на технологии в едросерийното и
масовото производство се явява създаването на единични технологични
процеси за всеки детайл на изделието и разработването на съответни
операционни карти. Така, в периода на усвояването на изделието се извършва
трудоемка работа, свързана с разработването на различни технологии,
осигуряващи предписаните техническите изисквания. В съответствие с
техническите принципи, проектираният технологичен процес (ТП) трябва да
удовлетворява всички изисквания на работния чертеж и техническите условия
на произвежданите детайли.
1.2. Проектиране на технологичен маршрут за обработване
При разработването на варианти на маршрутна технология е необходимо
да се спазват следните основни изисквания [8,19]:
- броя на преходите при обработването на всяка една повърхнина да е
минимален;
- последователността на операциите при обработване чрез рязане и
сглобяване да е рационална;
- избора на грубите бази и базите на целия технологичния процес да е
рационален;
- комбиниране на обработването на различните повърхнини с отчитане
на избраното универсално и специално оборудване;
- осигуряване на допуските и техническите изисквания на всяка
операция.
6
1.3. Оптимизация на технологичните процеси и избор на критерии за
оптималност
При избор на конкретен критерии за оптималност се наблюдава
принципът на еднозначност: във всяка оптимизационна задача е целесъобразно
да се минимизира една и само една целева функция. Освен това, се определят
наложените ограничения на задачата, т.е задачата за оптимизация трябва да се
формулира по следния начин: намира се максимум (минимум) на целевата
функция Y при определени ограничения.
Всеки ТП може условно да бъде изобразен така, както е показано на
фиг.1.1.
Фиг. 1.1. Технологичен процес, смущаващи и управляващи фактори
На фиг. 1.1 са определени основните групи параметри, които определят
състоянието на процеса. Входните фактори - 1 2, , ... kX X X са измерими,
контролируеми им стойностите не зависят от режима на процеса.
Управляващите фактори - 1 2, , ... RU U U могат да се променят за управление на
процеса. Смущаващите фактори - 1 2, , ... iZ Z Z по случаен начин се променят във
времето. Изходните параметри - 1 2, , ... NY Y Y са със стойности, които зависят от
протичането на процеса в резултат на въздействието на входните параметри,
смущаващите и управляващите въздействия.
1.5. Цел и задачи на дисертационния труд
Проектирането на ТП трябва да удовлетворява всички технически
изисквания, разработването на работни чертежи трябва да става с пълно
използване на технически средства за производство, при минимални загуби на
време и с ниска себестойност. Това изисква едновременно решаване на
множество технико-икономически и оптимизационни въпроси при проектиране
на ТП.
Целта на дисертационния труд е управление на точността на
проектиране и изработване на машиностроителни изделия.
7
За решаването на поставената цел е необходимо да се решат следните
задачи:
1. Усъвършенстване етапите на проектиране на технологични процеси за
механична обработка при едросерийно и масово производство.
2. Статистически методи за анализ на технологичните процеси.
3. Автоматизация на технико-икономическите пресмятания.
4. Компютърно управление на точността при механично обработване в
условията на производства с голяма и с малка серийност базирано на
статистически контрол на процеса.
5. Осигуряване точността на изделията чрез избор на метода за
сглобяване.
ГЛАВА II. УСЪВЪРШЕНСТВАНЕ ЕТАПИТЕ НА ПРОЕКТИРАНЕ НА
ТЕХНОЛОГИЧНИ ПРОЦЕСИ ЗА МЕХАНИЧНА ОБРАБОТКА ПРИ
ЕДРОСЕРИЙНО И МАСОВО ПРОИЗВОДСТВО
2.1. Проектиране и размерен анализ на технологичните процеси
Изучаването на вида и обема на изпълняваните работи при проектирането
на нов ТП, позволява да се разграничат седем основни етапа, различаващи се по
съдържание и по методите на изпълнение, фиг. 2.1 [53]:
1. Проучване на чертежите на детайлите и подготовка на изходните
данни при проектиране на ТП;
2. Предварително проектиране на принципна схема и варианти за
обработване;
3. Размерен анализ на планираните варианти и уточняването им;
4. Оценка на вариантите на ТП по критерии и избор на оптимален
вариант;
5. Оформяне на окончателно избрания вариант на ТП;
6. Внедряване на най-икономически целесъобразен технологичен процес.
8
Фиг. 2.1. Етапи при проектирането на технологичен процес
2.2. Технологично оразмеряване на детайлните чертежи
Практиката на размерния анализ на работните чертежи на изделията и
техния ТП показва, че при много случаи работните чертежи са оформени без
отчитане на техническите изисквания към изделията [6, 32]. Това изисква
допълнителни разходи при усвояване и изготвяне на детайлите от изделието.
Тези разходи може значително да се намалят, ако при разработването на
работните чертежи на детайлите поставянето на размерите се направи като се
отчитат технологичните изисквания при механичното обработване.
9
2.2.1. Правила за съставяне на размерните вериги на детайлните
чертежи от машиностроителни изделия
Известни са три схеми на оразмеряване на детайлните чертежи от
машиностроителни изделия. Въпреки, че на практика са рядко срещани
проанализирането на такова задаване на размерите е от съществено значение
[18].
а) б)
в)
Фиг.2.4. Система на оразмеряване:
а) координатна; б) линейна; в) комбинирана
10
2.2.2. Анализ на технологично размерно-точностните връзки в
машиностроителните изделия
Системата на оразмеряване на повърхнините на детайлите, трябва да
способства за минимално натрупване на грешки върху контактуващите при
сглобяването на елементите на детайлите. С други думи, оптималната система
на размерите в чертежите на детайлите способстват да се получи най-къса
размерна верига на механизмите. При това най-къса се явява размерната верига,
в която броят на съставляващите размери е равен на броя на сглобяваните
детайли на механизма.
Като окончателната задача е нанасянето на размерите на чертежа на
детайла, които се явяват правилната размерно-точностна характеристика на
детайла. Към размерно -точностните характеристики на детайлите влизат:
1. Размерната мрежа на детайла;
2. Числените стойности на размерите и граничните им отклонения;
3. Допуските на формата и разположението им.
Разположението на размерите на детайла трябва едновременно да
удовлетворява функционалните изисквания и изискванията на технологията за
производството на детайла. Изпълнението на горното, по отношение на
различните повърхнини на детайла изисква използването на диференциален
подход:
a) Повърхнини, неточностите при разположението на които влияят върху
кинематиката, взаимовръзката, точността на работа на машината, се
контролират от основните конструктивни бази;
б) Повърхнини, неточностите от обработването на които влияят върху
якостта, масата, габаритите, експлоатацията и ремонта, технологията на
производство, декоративните и други подобни свойства, се контролират от
условията за повишаване на технологичността на детайла.
ИЗВОДИ
1. Оптимизацията на размерно-точностните и конструкторско-
технологични връзки в машиностроителните изделия улеснява съществено
проектирането на технологични процеси.
2. Задаването на операционните размери от технологичните бази,
улеснява проектирането на технологичния процес.
3. Осигуряването на качеството и икономичността на изготвянето на
детайлите от изделията става за сметка на усъвършенстване на технологичната
подготовка на производството.
4. Оразмеряването на детайлните чертежи чрез координатни методи
способства за минимално натрупване на грешки върху контактуващите при
сглобяването повърхнини.
11
ГЛАВА III. СТАТИСТИЧЕСКИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ НА
ТЕХНОЛОГИЧНИТЕ ПРОЦЕСИ
3.1.Основни понятия
Когато статистическата информация от контрола се използва за
управление на технологичния процес, е прието контролът да се определя като
активен контрол. Когато се използва само за окачествяване на произведените
изделия, той се определя като пасивен контрол. В този смисъл обект на
статистическото управление на качеството ще бъде активният контрол.
Общата схема на статистическия контрол и управление на технологичния
процес е показана на фиг.3.1.
Фиг.3.1
Пълноценна информация за процеса се получава с контрол на входа на
процеса, по време на осъществяването му и на неговия изход.
4.2. Технологични фактори, влияещи върху точността на механична
обработка
При проектирането на технологични процеси за обработване на
машиностроителни изделия от съществено значение е определянето на
големините на операционните допуски и моделирането на размерните и
точностните връзки, възникващи в хода на процеса на различните етапи на
обработване.
Първи етап – установяване и закрепване на заготовката в
приспособлението.
Под въздействието на силите на закрепване заготовката се деформира от
елементите на приспособлението и машината (ако усилията на притискане се
предават чрез възлите на машината).
12
При закрепването на нестабилни заготовки е възможно преместване, и
деформация от общ характер, които обхващат по-големи или по-малки
участъци, непосредствено намиращи се в зоната на обработване. В този случай
повърхнините, подложени на обработка, получават съответните изкривявания
на формата си.
Втори етап – механична обработка на установената и закрепената
заготовка в приспособлението. Под въздействие на силите на рязане елементите
на технологичната система се деформират.
За разлика от силите на закрепване, представляващи постоянно
натоварване, силите на рязане в много случаи се променят хаотично по
големина и направление, като приложните им точки в процеса на обработване
се преместват непрекъснато. Тази особеност на силите на рязане води до
непрекъснато изменение на деформациите на технологичната система, и до
нарушаване на размера и формата на обработваната повърхнина. Промяната на
деформацията се обуславя от това, че якостта на технологичната система се
променя при прилагане на натоварването по различни участъци на заготовката.
При обработване на стабилни масивни заготовки, деформирането на
формата им се явява като резултат от непрекъснатото изменение на
положението на заготовката спрямо режещия инструмент, във връзка с което се
нарушава траекторията на тяхното относително движение. При обработването
на нестабилни заготовки деформирането на формата на обработваната
повърхнина се явява като следствие на деформацията на самата заготовка. С
намаляването на дълбочината на рязане и подаването деформирането на
формата на повърхнините на обработваните заготовки може да се сведе до
минимум.
Трети етап – освобождаване и сваляне на обработваната заготовка от
машината.
Поради големият брой фактори, влияещи на точността на обработване на
заготовката и сложността на определените на големината на сумарната грешка
при обработване обр за отделните фактори, е целесъобразно сумарната
грешка да се представи като три съставляващи (фиг.3.2): полето на разсейване
на размерите, грешката на формата и натрупаната променлива систематична
грешка [25, 32], големината на която може да се вземе предвид при определяне
на операционния допуск на изпълнявания размер.
13
Фиг.3.2. Схема за определяне на сумарната грешка при обработване
За различни условия на обработване на заготовките върху настроените
металорежещите машини, грешката при обработване се определя съгласно [32]:
(3.1) .1,2обр м у н сист .
където м е разсейването на размерите, свързани с вида на обработване;
у - разсейването на размерите, свързани с грешката от установяването;
н - разсейването на размерите, свързани с грешката при настройване;
.сист - изменението на систематични грешки.
3.3. Статистически анализ на технологичния процес
3.3.2. Задачи на статистическия анализ
Статистическият анализ дава възможност да се решат следните задачи:
разкриване на факторите, които водят до изменения в стабилността и
точността на процеса;
определяне на значимостта на влияние на различните фактори;
определяне на показатели, характеризиращи точността и стабилността на
процеса;
установяване на степента на съответствие на точностните характеристики
на оборудването с нормите на точност зададени в техническата документация.
определяне на показатели, характеризиращи точността и настроеността на
технологическите процеси.
14
3.4.2. Анализ на стабилността на технологичния процес
Стабилен е този технологичен процес, който гарантира произвеждане на
качествена продукция за достатъчно дълъг период от време. Началната оценка
за стабилността на процеса се извършва визуално на базата на точковата
диаграма. При стабилните процеси дисперсията на качествения показател се
запазва постоянна в хода на технологичния процес, а средната му стойност се
запазва постоянна или се променя закономерно. Примери за стабилни
технологични процеси са показани на фиг.3.3.
а б
Фиг.3.3
При нестабилните процеси дисперсията произволно (случайно) варира.
Редуват се периоди от време с получаването на качествена и дефектна
продукция. Такива процеси са неподходящи за статистически контрол и
управление. Преди въвеждането му е необходимо да се отстранят причините за
разстройване на процеса. Примери за нестабилни технологични процеси са
показани на фиг.3.4.
а б
Фиг.3.4
Статистическата оценка за стабилността на технологичния процес се
извършва чрез издигане и доказване на хипотезата за неговата стабилност.
15
3.3.3. Анализ на настроеността на технологичните процеси
В процеса на настройване трябва да се постигне положение на центъра на
групиране на качествения показател съответстващо на настроечния размер
.HPA Това се постига с определена грешка, която зависи от метода на размерно
настройване. На практика действителното положение на центъра на групиране
след размерното настройване не съвпада с работния настроечен размер. При
известна диаграма на точността на процеса абсолютната стойност на
изместването на настройването ще се определи от разликата:
(3.16) 0HPA Х ,
където: 0Х е средната стойност на размера на обработените детайли определен
от линейното уравнение на регресия при 0j .
Като се има предвид, че
0 0 1j jX b b ,
при 0j се получава:
(3.17) 0 0Х b .
Като се замести 0Х в (2.10) с израза (3.17) ще се получи:
(3.18) 0HPA b
Определянето на АHP зависи от характера на диаграмата на точността на
процеса. Различията се определят от значимостта и знака на коефициента 1b в
уравнението на регресия.
Фиг.3.9
В случая работният настроечен размер е:
(3.19) 0,5HPA A EI T ,
където: А е номиналният размер на обработваната повърхнина;
ЕI – долното гранично отклонение на допусковото поле;
Т – допускът на размера на обработваната повърхнина.
При значим положителен коефициент 1 0b доминиращият систематичен
фактор поражда систематично нарастване на размерите на обработваните
детайли. За да се осигури максимална продължителност на работа между две
поднастройвания, в началото на работа мигновеното поле на разсейване на
размерите трябва да е в близост до долната граница на допусковото поле. За
16
да се избегне получаването на брак от грешката на измерването изм при
настройване, тя се включва в работния настроечен размер. Съгласно фиг. 3.10
се получава:
(3.20) 0,5HP измA A EI
При 1 0b благоприятното разполагане на диаграмата на точността в
допусковото поле е показана на фиг.3.11.
Фиг.3.10 Фиг.3.11
В този случай работният настроечен размер е:
(3.21) 0,5HP измA A ES ,
където ES е горното гранично отклонение на допусковото поле.
За оценяване настроеността на процеса грешката се съпоставя с
допуска на размера Т. Тяхното отношение се нарича коефициент на
настроеност HK :
(3.22) HKТ
.
ИЗВОДИ
1. Съставена е обобщена схема за статистически контрол и управление на
технологични процеси, и определяне на сумарната грешка при обработване.
2. Анализът на методите на пресмятане на големините на допуските на
операционните размери позволява да се направи извода, че допуските
определени аналитично и таблично, осигуряващи статистическа точност на
обработване са свързани само с метода на обработване.
3. Резултатите от статистическия анализ на технологичните процеси дава
възможност за избор на оптимален вариант, осигуряващ високо качество на
обработване.
17
ГЛАВА IV. АВТОМАТИЗАЦИЯ НА ТЕХНИКО-ИКОНОМИЧЕСКИТЕ
ПРЕСМЯТАНИЯ
4.1. Създаване на алгоритмични модели за технико-икономически
пресмятания при избор на оптимален вариант на технологичен
процес
С алгоритъма на фиг.4.1 е предвидено изпълнение на пресмятанията на
следните етапи на проектиране на ТП:
- избор на оптимален способ за получаване на изходните заготовки на
машиностроителните изделия (зад.1);
- технико-икономически анализ на качеството на конструктивната и
технологичната документация (размерен анализ, зад.3);
- технико-нормировъчни пресмятания (зад.6);
- пресмятания по организацията на производствения процес (зад.7);
- икономическо обосноваване на избора на вариант на ТП (зад.8).
Фиг.4.1 Обобщена блок-схема на алгоритъма от подсистемата „Технико-икономически
пресмятания при проектиране на ТП“
18
4.2. Описание на алгоритъма за избирането на оптимален вариант за
получаването на изходните заготовки
На фиг.4.2. е показана технологичната последователност на избора на
изходните заготовки на машиностроителни изделия.
На първият етап се извършва избор на технологически възможния
вариант за изработване на заготовката (блок 2). Той се осъществява на два
етапа. В началото се извършва предварителен избор на заготовка, което е
базирано на опита на технолога и на справочни и таблични данни [3, 32, 41, 79].
Фиг.4.2 Обобщена блок-схема на алгоритъма за избор на оптимални изходни заготовки
ИЗВОДИ
1. Разработен е алгоритъм за определяне на критерии и методи за
оптимизация при проектиране на ТП.
2. Предложена е методика за технико-икономическа оценка на вариантите
на технологичните процеси, която позволява да се определят разходите за
обработка на различните размерно-точностните параметри на процеса.
3. Разработена е информационна база „Технолог“ за избор, анализ и
пресмятане на технико-икономическите показатели на ТП за едросерийното и
масово производство.
4. Разработените са алгоритми за формиране на изходната информация за
размерните вериги (връзки) с чертежите на детайлите, заготовките и
технологичните скици.
5. Предложени са алгоритми за пресмятане на операционните допуски и
прибавки при проектирането на ТП.
19
ГЛАВА V. КОМПЮТЪРНО УПРАВЛЕНИЕ НА ТОЧНОСТТА ПРИ
МЕХАНИЧНО ОБРАБОТВАНЕ В УСЛОВИЯТА НА ПРОИЗВОДСТВА С
ГОЛЯМА И С МАЛКА СЕРИЙНОСТ БАЗИРАНО НА
СТАТИСТИЧЕСКИ КОНТРОЛ НА ПРОЦЕСА
5.1. Компютърно управление на точността при механично
обработване в условията на производства с голяма серийност
базирано на статистически контрол на процеса
5.1.1. Причини за нарушаване на качеството
Видовете нарушаване на качеството (разстройване на процеса) са
представени графично на фиг.5.1.
а б в
Фиг.5.1
В случая 5.1.а, като резултат на систематичното нарастване на средната
стойност A , полето на разсейване е достигнало горната граница на допусковото
поле и ако работата продължи след времето kp има вероятност за получаване
на некачествени изделия.
В случая 5.1.б с времето на работа, освен средната стойност, нараства и
дисперсията. Двата фактора съвместно водят до разстройване на процеса.
В случая 5.1.в е налице некачествено начално настройване на процеса.
Това съкращава времето на работа до следващо поднастройване.
5.1.2.Управление по средната стойност на показателя за качество
На фиг.5.2 а е показана най-малката допустима стойност на A . При това
положение генералната съвкупност по вероятност може да се намира на
границата на брака. Отчита се и грешката от измерването изм при контрола.
Вероятност за брак се получава при:
3
2измA A EI
n
Следователно, долната контролна граница minK е:
(5.2) min
3 13 1
2изм измK A EI A EI
n n
20
Фиг.5.2
С аналогични разсъждения от фиг.5.2б се определя горната контролна
граница maxK :
(5.3) max
13 1измK A ES
n
5.1.3. Алгоритъм за осъществяване на управление по средна стойност
Алгоритъмът съдържа следните стъпки:
1. Въвеждане на началните условия: детайл, операция, повърхнина,
размери А, Т, ЕМ, метод малки текущи извадки, обем на извадката n, период от
време между извадките τ; характеристики на процеса σ, ω, ωизм.
2. Проверка за приложимост на метода: неравенство (5.9). При
удовлетворяване алгоритъмът продължава.
3. Изчисляване на контролните граници: формули (5.2), (5.3).
4. Въвеждане номер на първата извадка j.
5. Въвеждане размерите nj,i на детайлите от извадката.
6. Изчисляване 2, ,j jA s s .
7. Проверка за прекъсване на процеса: неравенство (5.4). Ако не се
удовлетворява, алгоритъмът продължава.
8. Въвеждане номер на следваща извадка 1j j
9. Повторение на стъпките от 2 до 8 до удовлетворяване на
неравенството (5.4), при което процесът се прекъсва за поднастройване.
5.2. Компютърно управление на точността при механично
обработване в условията на производства с малка серийност
базирано на статистически контрол на процеса
За целта може да се използва следният алгоритъм, който е с по-
елементарна софтуерна реализация от разгледаните по-горе:
21
1.Статично, или с пробни стружки се извършва начално размерно
настройване на среден размер нрА А ЕМ ;
2. Стартира обработване на партидата, като се измерва след
обработването всеки детайл и се запълва база данни с информацията:
1 2; 3; ...A A A ;
3. След обработване на малка извадка с обем n (най-малко 3 детайла)
стартира статистическа обработка на информацията, успоредно с
осъществяването на технологичния процес. Изчисляват се в реално време
средният размер на извадката и корекцията в размерното настройване за
поддържане на настроечния размер нрА А ЕМ const :
- след първите n детайла:
1 ,1 1 ,1
1
1; ; 0,1
n
i н нр н
i
A A А А Проверка Tn
;
4. При изпълнение на неравенството ,1 0,1н T се извършва корекция на
началното настройване с поправка
,1нр нA
Ако ,1 0,1н T работата продължава без корекция в настройването
5. Обработва се нова извадка с обем n и се извършват същите действия,
като описаните по-горе.
На фиг.5.3 и 5.4 са представени графични реализации на процес,
съответно без и с появата на доминиращ систематичен фактор при обстъргване
на вал с размер 0,0435D ( 34,98 ; 0,1 0,004нрA mm T mm ).
Фиг.5.3. Точкова диаграма на процеса
Горе разположената диаграма е на компютърно генерирано гаусово
разсейване около номиналния размер D=35 mm. Втората точкова диаграма
представя резултатите от приложение на алгоритъма за размерно
поднастройване.
34,95
34,96
34,97
34,98
34,99
35
35,01
35,02
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
разм
ер
, m
m
детайл №
22
Фиг.5.4. Точкова диаграма на процеса
Вижда се, че и при наличието на систематично нарастване на размерите
породено от износването на инструмента, алгоритъмът се справя успешно с
поддържане на настроеното положение на среден размер. При това точността
на процеса се повишава чувствително. За конкретния пример при тренд 0,002
mm/дет., и разсейване около средната линия 23 m , без прилагане на
алгоритъма разсейването на размерите е 100 m , а с алгоритъма е
26 .m
ИЗВОДИ
Направеното изследване дава основание да се направят следните изводи:
1. Статистическото управление на точността при гъвкаво производство с
използване на ММ с ЦПУ е целесъобразно да се осъществява с алгоритми,
различни от използваните при производствата с голяма серийност.
2. Предложен ефективен алгоритъм за компютърно регулиране на
точността при струговане на ММ с ЦПУ.
3. Предложен е алгоритъм, предвиждащ разсейването на размерите да
става около средата на допусковото поле, което гарантира минимална
вероятност за получаване на технологичен брак.
ГЛАВА VI. ОСИГУРЯВАНЕ ТОЧНОСТТА НА ИЗДЕЛИЯТА
ЧРЕЗ ИЗБОР НА МЕТОДА ЗА СГЛОБЯВАНЕ
6.1. Идентификация на звената на размерните вериги
Успешното решаване на задачите на размерния анализ зависи от
правилното определяне на вида и характера на звената на размерните вериги.
Идентификацията на звената се свежда до следното:
Определяне на затварящото звено на размерната верига;
Определяне степента на влияние на всяко от съставните звена върху
затварящото, изразена със стойностите на съответните предавателни
коефициенти;
34,92
34,94
34,96
34,98
35
35,02
35,04
35,06
35,08
35,1
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
разм
ер
, m
m
детайл №
23
Установяване на наличие, или не, на корелационна връзка между
съставните звена и определяне стойностите на коефициентите на
корелация.
Единствено при наличието на тази информация е възможно провеждането
на размерния анализ и решаването, както на проектната, така и на
проверочната задачи.
6.2. Избор на метод за сглобяване
За избор на метода за сглобяване, от което ще се определи и
конструктивното решение на възела, може да се използва следния алгоритъм:
Изходните данни са определените от използвания CAD продукт -
номиналните размери на детайлите от възела и данните за затварящото звено: n,
iA , A , T , EM .
По конструктивни и технологични съображения се избира
точността и допуските на размерите на повърхнините на детайлите от възела. За
целта се използват стандартите за типови изделия и препоръките за
икономически целесъобразната точност на методите за обработване на типови
детайли и повърхнини.
Съставя се размерната верига за осигуряване размера на
затварящото звено и се определят предавателните коефициенти: cosi i .
Проверява се условието за приложимост на метода на пълната
взаимозаменяемост:
(6.12)
1
n
i i
i
T T
.
При размерни вериги с успоредни звена 1i се получава:
(6.13) 1
n
i
i
T T
.
24
Фиг.6.6. Избор на метод за сглобяване
6.3. Оразмеряване при пълна и непълна взаимозаменяемост
6.3.1. Определяне на допуските и граничните отклонения при метода
на пълна взаимозаменяемост
Целесъобразно разпределение на допуските на съставните звена се
извършва при предпоставката, че всички съставни звена ще се изработят с
еднаква точност. При това те се определят от израза (6.7):
,i изч ср iT E ,
където iE е големината на допусковата единица на звеното i, според БДС;
ср - средният брой на допусковите единици, който се определя от
израза:
(6.16)
1
ср n
i i
i
T
E
.
Изчисленият по формула (6.7) допуск трябва да се подложи на
технологичен анализ. Той се осъществява в два аспекта: първо, като се изходи
от технологичните възможности на методите за изработване на съответните
25
повърхнини, някои от допуските да се стеснят, а други да се разширят; и второ,
допуските да се закръглят до целесъобразност.
6.3.2. Определяне на допуските и граничните отклонения при метода
на непълна взаимозаменяемост
При този метод допуските се изчисляват по формула (6.6), като поради
вероятностното сумиране на дисперсиите на съставните звена.
Фиг.6.7. Определяне на допуските и граничните отклонения при пълна и
непълна взаимозаменяемост
26
6.4. Оразмеряване при групова взаимозаменяемост
6.4.1.Оразмеряване при две съставни звена
Това е типично приложение на метода за селективно сглобяване. На
фиг.6.10 е показан пример за сглобяване на вал и втулка с хлабина.
Фиг.6.10. Сглобяване на вал и втулка
Решаването на задачата се осъществява на два етапа:
Първи етап
Определяне на размерите на детайлите за изработване.
При решаване на задачата за точността на вала и втулката по метода на
пълната взаимозаменяемост, допуските им се определят от израза:
(6.20) 1 2 2
AA A
TT T .
Както вече беше казано, тези допуски са малки и не дават възможност за
икономично изработване на детайлите. По тази причина допуските се
разширяват до целесъобразна големина:
(6.21) 1 2
' '
2
AA A
TT T K .
където K е цяло число, (K>1).
Това число определя броят на групите за селекция на детайлите.
За да се определят размерите за изработване на детайлите с разширените
допуски, е необходимо да се определят средните и граничните отклонения на
размерите:
За отвора средното отклонение се приема:
(6.22) 1
1
''
2
AA
TEM .
За вала се определя от разликата:
(6.23) 2 1
' 'A A AEM EM EM
.
Граничните отклонения се определят съответно:
1
1 1
'' '
2
AA A
TES EM ; 2
2 2
'' '
2
AA A
TES EM ;
1
1 1
'' '
2
AA A
TEI EM ; 2
2 2
'' '
2
AA A
TEI EM .
27
Размерите за изработване са съответно:
(6.24) '
1'
1
'1 1
ES
EIA A
;
'
2'
2
'2 1
ES
EIA A
.
Втори етап
Определяне на размерите за селекция на детайлите от възела:
Определят се долните гранични отклонения за първата група:
11 1
'A AEI EI ;
21 2
'A AEI EI .
За всяка следваща група долните отклонения ще бъдат:
(6.25) 1 11 1
( 1)j
A A AEI EI j T ; 2 21 2
( 1)j
A A AEI EI j T .
Горните гранични отклонения се определят съответно:
(6.26) 1 1 1j j
A A AES EI T ; 2 2 2j j
A A AES EI T .
Размерите за селекция са съответно:
(6.27) 1
11 1
j
j
ESj EI
A A
; 2
22 2
j
j
ESj EI
A A
.
Алгоритъмът за автоматично оразмеряване е даден на фиг.6.11
28
Фиг.6.11. Алгоритъм за оразмеряване при селективно сглобяване на възли с
два детайла
6.4.2. Оразмеряване при три и повече съставни звена
При сглобяване на повече от два детайла изискванията към тяхната
точност се различават съществено от случая с два детайла. Многозвенната
размерна верига може да се замени с еквивалентна с две съставни звена, от
което следва условието, че за да се постигне еднакво качество на изделията от
29
различните групи е необходимо равенство на сумата от допуските на
увеличаващите звена с тази на намаляващите.
Това условие може да се демонстрира с пример за сглобяване на ролков
търкалящ лагер. Неговата конструкция е представена на фиг.6.12, а
еквивалентната размерна верига, на фиг.6.13.
Фиг.6.12. Ролков лагер
Фиг.6.13. Еквивалентна размерна верига
В случая радиалната хлабина в лагера зависи от размерите на външната
гривна, вътрешната гривна и ролките:
1 2 32A A A A ;
1 2 32A A A AEM EM EM EM
;
1 2 32A A A AT T T T
.
При еквивалентната размерна верига условието за еднакво качество е:
1 2B BT T .
За многозвенната то е: 1 2 32A A AT T T .
30
Фиг.6.15. Алгоритъм за оразмеряване при селективно сглобяване
на възли с повече от 2 детайла
ИЗВОДИ
1. За осигуряването на зададена точност на обработка е необходимо
съществуваща корелационна зависимост между звената на размерната верига и
известни големина и знак на коефициент на корелация.
2. Предложен е алгоритмичен модел за избор на метод на сглобяване,
който дава възможност за автоматизирано извършване на пресмятанията.
3. Съставен е алгоритъм за определяне на допуските и граничните
отклонения при пълна и непълна взаимозаменяемост.
4. Създадени са алгоритми за оразмеряване при селективно сглобяване
при два и повече от два детайла.
31
ПРИНОСИ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД
НАУЧНО – ПРИЛОЖНИ ПРИНОСИ
1. Предложеният алгоритъм и методика за компютърно управление на
качеството по средната стойност на качествения показател при процеси със
средна и голяма серийност.
2. Предложеният подход за компютърно управление на качеството с
едновременно отчитане на средната стойност и дисперсията на качествения
показател при производства със средна и голяма серийност.
3. Предложеният алгоритъм и методика за компютърно управление на
точността при струговане с използване на ММ с ЦПУ при партиди с малък и
среден обем.
4. Прецизирането на дефиницията и разграничаването на понятията
затварящо и изходно звено на размерната верига.
5. Преложеният алгоритъм и методика за избор на метода за сглобяване
на машинните възли според точността на затварящото звено.
6. Предложената методика и алгоритми за определяне размерите на
детайлите при селективно сглобяване.
7. Предложената методика и алгоритъм за определяне броя на групите
компенсатори и техните размери при сглобяване с нерегулируеми
компенсатори.
ПРИЛОЖНИ ПРИНОСИ
8. Предложената методика за разграничаване и определяне на
затварящото и изходното звено на размерната верига.
9. Разработеният софтуер за компютърна реализация на алгоритъма за
избор на метода за сглобяване.
10. Разработеният алгоритъм за определяне на допуските на съставните
звена на размерната верига при сглобяване по методите на пълна и непълна
взаимозаменяемост.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИСЕРТАЦИЯТА
1. А. Ленгеров, К. Ленгеров, Адаптивна система за стабилизиране на
силовите деформации при обработване на детайли върху стругове с ЦПУ.
„Машиностроене и машинознание“, Издателство на ТУ-Варна, бр. 20, година
IX, книга. 1, 2014, стр. 84-87.
2. А. Ленгеров, К. Ленгеров, Статистическо управление на точността при
механично обработване. „Машиностроене и машинознание“, Издателство на
ТУ-Варна, бр. 23, година X, книга. 1, 2015, стр. 36-41.
3. А. Ленгеров, К. Ленгеров, Компютърно управление на точността на
детайлите обработвани на ММ с ЦПУ базирано на статистически контрол на
32
процеса. „Машиностроене и машинознание“, Издателство на ТУ-Варна, бр. 23,
година X, книга. 1, 2015, стр. 42-45.
4. А. Ленгеров, К. Ленгеров, Разсейване на качествените показатели на
цилиндрични повърхнини обработвани с регулирани режими на подаването.
Научно-техническа конференция “Приоритетите в транспорта - през моя
поглед”, 10-11. 04. 2014, Пловдив, 2014, стр. 14-17.
5. К. Ленгеров, Автоматизирано оразмеряване конструкциите на възли
при използване на компенсатори. VI национална научна конференция за
студенти, докторанти и млади учени, Пловдив, 2015, стр. 133-138.
ANNOTATION
ACCURACY CONTROL IN DESIGN AND MANUFACTURE OF MACHINE
BUILDING PRODUCTS
Author: Eng. Kiril Lengerov, MSc
In this dissertation, methods and tools are proposed for control of accuracy in
the design and manufacture of machine engineering products. This is achieved by
improving the existing technologies in the preparation of production and
technological control of the working drawings of the products. On the basis of the
optimization made of the size-precision links a high quality is reached of the
processes and design processes of the machine engineering products. Algorithms are
developed for selecting the method of assembly, and algorithms to determine the
accuracy of the constituent units with complete and incomplete interchangeability.
Their software application allows performing automated calculation and
dimensioning of units of machine engineering products.
