Расчет режимов резания.

Расчет режимов резания является важной задачей на уровне проектирования перехода. Этот расчет заключается в определении частоты вращения шпинделя (V), подачи (S) и глубины резания (t) на каждом рабочем ходу для заданного перехода. Режимы должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить требуемую точность размеров и качество поверхности при наименьшей стоимости обработки.

Входными параметрами для этой задачи являются:

· вид операции и перехода;

· форма, размеры (и их точность) обрабатываемой и обработанной поверхностей;

· характеристики используемого на переходе режущего и вспомогательного инструмента;

· характеристики модели оборудования и приспособления, применяемых на проектируемой операции.

Расчет режимов резания выполняется не всегда. В первую очередь режимы резания нужны в том случае, когда проектируется операция для станка с программным управлением, и для него будет разрабатываться управляющая программа. Если будет рассчитываться стоимость перехода, то время обработки на переходе определяется исходя из режимов резания. Это дает возможность определить технически обоснованные нормы времени на операцию. Таблицы, необходимые для расчета режимов резания, вводятся в базу данных. Расчет режимов резания выполняется либо в автономном режиме, что характерно для первого уровня автоматизации, либо в автоматическом режиме (второй и третий уровень автоматизации). В автономном режиме используется либо специально разработанная система расчета режимов резания, либо табличный процессор.

Результаты расчета либо сразу заносятся в бланк технологической карты, выведенный на дисплей (первый уровень автоматизации проектирования), либо в параметрическую модель перехода (второй и третий уровень автоматизации).

На первых этапах развития САПР ТП был разработан ряд систем для расчета оптимальных режимов резания. Возникает вопрос: можно ли вместо нормативных использовать оптимальные режимы резания?

Известно, что оптимизация режимов резания позволяет использовать более производительные режимы по сравнению с нормативными. Применение оптимальных режимов резания позволяет на 5-7%, а в некоторых случаях и больше, повысить производительность труда. В условиях единичного и мелкосерийного производства, как раз характерного для приборостроения, работы по оптимизации режимов резания обычно не проводятся. Экономический эффект, полученный от оптимизации режимов резания при обработке малых партий деталей невелик и чаще всего не может компенсировать затраты на оптимизацию. Поэтому опытный рабочий обычно сам эмпирически подбирает режимы резания, позволяющие добиться максимальной производительности труда, при заданном качестве продукции. В тоже время оптимизация режимов резания, выполненная в САПР ТП, позволяет рабочему уменьшить период настройки станка на оптимальную производительность, что особенно важно при обработке малых партий деталей на дорогостоящем металлорежущем оборудовании с ЧПУ.

Принципы оптимизации режимов резания см. в Лекции «Математическая модель процесса резания материалов» - неравенства *.

Однако рассмотренный метод оптимизации обладает следующими недостатками:

· процесс оптимизации идет относительно долго;

· оптимальные значения n и s приходиться корректировать применительно к дискретным значениям n и s, из имеющихся у заданной модели станка.

Для ликвидации указанных недостатков могут быть применены поисковые методы оптимизации. Например, методы направленного поиска. Пусть имеется таблица возможных у данной модели станка комбинаций n и s.

В этой таблице строки заполнены в порядке убывания произведения n·s. Строки с одинаковыми значениями произведения n·s расположены в порядке убывания s. Из этой таблицы выбирается первая пара n·s и проверяется по ограничениям (*). Если ограничения не выдержаны, то берется следующая пара и так до тех пор, пока не найдется пара, удовлетворяющая всем ограничениям модели резания. Эта пара и будет давать оптимальные режимы резания.

В последние годы было доказано, что неравенства (*) существенно нелинейны и привести их к линейному виду не удается. Кроме того, если использовать в качестве критерия оптимизации приведенную себестоимость обработки, то методы линейного программирования тоже не удается использовать. Критерий максимальной производительности не учитывал то обстоятельство, что чем интенсивнее режимы резания, тем меньше стойкость инструмента и, следовательно, больше переточек. Каждая переточка связана со снятием инструмента с последующей установкой и наладкой на размер. Все это снижает производительность процесса и увеличивает себестоимость перехода. Фактический период стойкости (T_ф) сильно зависит от нормативной скорости резания V_н: Т_ф = ( Vн / Vф )^{1 / m} , где Vф - фактическая скорость резания. Например: для токарного резца коэффициент m~0,125 и, следовательно, даже небольшое увеличение Vф по сравнению с нормативным, резко снижает фактическую стойкость резца.

В этом случае оптимизация режимов резания может производиться следующим образом. Для заданной нормативной скорости резания определяются максимальная подача, удовлетворяющая ограничениям (*), при этом берутся те дискретные значения s, которые имеются у выбранной модели станка. Для найденного значения s_опт начинают менять V таким образом, чтобы уменьшить стоимость C_п перехода. Точка достижения минимального значения C_п соответствует оптимальным значениям n и s.

В случае одновременного выполнения двух и более переходов с использованием единого резцедержателя (блочные переходы) для каждого перехода отыскиваются свои оптимальные значения n и s. Далее определяются лимитирующие s и V, т.е. подачи и частоты вращения, имеющие минимальное значение, и для всех переходов назначаются режимы, равные лимитирующим. Повторный просчет проводится с учетом суммарных усилий по всем переходам. Оптимизация режимов проводится при этом по формуле: Cп = Cп_к , где Сп_к - стоимость к-ого одновременно выполняемого перехода, m - количество одновременно выполняемых переходов. Сложность расчетов многоинструментальных переходов заключается еще и в том, что смена инструмента в блоке может производиться разными способами: индивидуальная (для каждого изношенного инструмента), групповая (для всего блока при износе лишь одного инструмента). Смена инструмента может производиться для всей инструментальной наладки в конце рабочей смены. Эти обстоятельства должны быть учтены при расчете стойкости инструментов, входящих в инструментальную наладку, и они осложняют расчет режимов резания. В этих случаях целесообразно использовать режим диалога. Вывод: 1.Расчет режимов резания выполняется на основе нормативных данных, адаптированных к условиям конкретного предприятия.
2.Оптимизация режимов резания проводится в лишь ограниченных случаях при большой годовой программе выпуска поисковыми методами, позволяющими достаточно быстро выполнить необходимые расчеты.