4.4 Проектирование технологической операции

После того как на втором уровне был определен технологический маршрут, требуется детальная разработка каждой операции. При этом решаются следующие задачи:

• выбор средств технологического оснащения;

• выбор комплекта технологических баз;

• определение структуры операции;

• формирование описания заготовки, поступившей на данную операцию.

Одним из первых шагов является выбор вариантов технологических баз и схемы базирования на основе принципа единства конструкторских и технологических баз. Выбор происходит в три стадии.

1. Геометрический анализ размерной информации из описания детали с целью выбора формально возможных баз, то есть поверхностей, от которых задано наибольшее количество размеров и которые имеют достаточную опорную площадь. Определение всех возможных совокупностей баз для ориентации детали осуществляется с помощью матрицы возможных связей, элементами которой являются шестиклеточные таблицы, характеризующие пространственную связь между базами и ориентируемыми поверхностями. Получены эти таблицы путем логического умножения (конъюнкции) таблиц, отображающих положение в системе координат базовых и ориентируемых поверхностей.

2. Оценка реальности использования отдельных поверхностей в качестве баз на основе анализа влияния дополнительных факторов, таких как форма детали, ее масса, точностные требования.

3. Окончательный выбор комплекта баз на основе размерного анализа.

Формализация выбора технологических баз является трудно формализуемой задачей, поэтому выполняется в диалоговом режиме проектирования.

Окончательный выбор варианта базирования позволяет перейти к определению структуры операции, то есть к поиску оптимальной последовательности обработки поверхностей детали.

Структура операции отображается либо в виде графа, в котором вершинами являются переходы, а дугами – отношения следования, либо в виде матрицы смежности или списка дуг (рисунок 4.6).

Из рисунка 4.6 видно, что переход Р_m выполняется раньше, чем переход Р_n, и раньше чем переход Р_k. В свою очередь, переход Р_n предшествует выполнению перехода Р_k. Такие отношения называются отношениями предшествования.

Для записи отношений предшествования составляется матрица предшествований МР. В каждой ячейке матрицы на пересечении i-ой строки и j-ой колонки записываются элементы mp_i,j, которые могут принимать следующие значения:

• 0, если отношения предшествования отсутствуют;

• > (или 1), если переход Р_i предшествует переходу Р_j;

• < (или –1), если переход Р_j предшествует переходу Р_i;

• пустая ячейка (или 9), если отношения предшествования не определены.

Отношение Р_i>Р_j, то есть «Р_i предшествует Р_j» означает, что на ориентированном графе структуры есть путь из вершины Р_i в вершину Р_j. Например, для структуры операции из трех переходов, представленной на рисунке 13.5, отношения предшествования будут записаны как Р_m>Р_n, Р_m>Р_k, Р_n>Р_k. Матрица предшествования для данной операции приведена на рисунке 4.7.

Вершины (начало дуги)	Вершины (конец дуги)
	Рm	Рn	Рk
Рm	0	>	>
Рn	<	0	>
Рk	<	<	0

Рисунок 4.7 – Матрица предшествований

Формирование структуры операции осуществляется в три этапа: составление матрицы предшествований  генерация исходного варианта структуры уточнение полученного результата

Формирование матрицы предшествований на первом этапе осуществляется на основании аксиом технологии машиностроения, например:

• обработка поверхностей выполняется в порядке возрастания их рангов;

• предварительные переходы выполняются раньше окончательных;

• обработка технологических баз выполняется в первую очередь;

• принцип совмещения баз (в качестве баз выбираются поверхности, от которых задано наибольшее количество размеров).

Аксиомы для токарных операций:

• обработка детали начинается с подрезки правого торца (для токарной операции);

• сначала обрабатываются наружные поверхности, затем внутренние;

• нарезание резьбы выполняется в конце операции (после обработки канавок и фасок).

На рисунке 4.8 изображена деталь – валик с цилиндрическими участками 1 и 3, ограниченными поверхностями первого ранга, и канавкой 2К, которая представляет собой поверхность второго ранга. Исходная заготовка – пруток.

Формирование матрицы предшествований начинается с составления сводной таблицы, куда заносятся сведения о поверхностях детали: вид поверхности, ее обозначение и ранг, – как показано в таблице 4.6. После этого рассматривается множество переходов, необходимых для превращения исходной заготовки в готовую деталь (таблица 4.7).

Таблица 4.6 – Сведения о поверхностях детали

№ участка	Вид поверхности	Обозна­чение	Ранг
1	Цилиндр	1Ц	1
1	Фаска правая	1ФП	2
1	Резьба	1Р	2
1	Торец правый	1ТП	1
2	Канавка	2К	2
3	Цилиндр	3Ц	1
3	Торец правый	3ТП	1
3	Торец левый	3ТЛ	1

Таблица 4.7 – Перечень переходов

Номер перехода	Наименование перехода	Обрабатываемая поверхность
Р1	Отрезать заготовку	3ТЛ
Р2	Точить предварительно	3Ц
Р3	Точить окончательно	3Ц
Р4	Подрезать торец	3ТП
Р5	Точить канавку	2К
Р6	Нарезать резьбу	1Р
Р7	Точить фаску	1ФП
Р8	Подрезать торец	1ТП
Р9	Точить предварительно	1Ц
Р10	Точить окончательно	1Ц

На основании данных таблиц 4.6 и 4.7 составляется матрица предшествований. Для удобства сначала заполняются частные матрицы на 1-2 аксиомы, которые в дальнейшем объединяются. В данном случае это матрицы МР₁, МР₂ и МР₃ (рисунок 4.9, а, б, в).

Матрица МР₁ соответствует следующим аксиомам:

• переход «подрезать крайний правый торец» выполняется в первую очередь;

• переход «отрезать заготовку» выполняется последним.

Матрица МР₂ соответствует следующим аксиомам:

• предварительные переходы выполняются раньше окончательных;

• переход «нарезание резьбы» выполняется после обработки канавок и фасок.

Матрица МР₃ соответствует аксиоме «обработка поверхностей выполняется в порядке возрастания их рангов».

Данные из частных матриц МР₁, МР₂ и МР₃ вносятся в сводную матрицу МР (рисунок 4.9, г).

Следующим шагом является генерация исходного варианта структуры.

Из рисунка видно, что для некоторых поверхностей отношения предшествования не определены, так как в сводной матрице остались пустые ячейки (их количество не должно превышать 10-15%). Устранить эту неопределенность можно либо введением дополнительных аксиом, либо удалением миноранты (мажоранты).

Минорантой (истоком) ориентированного графа называется вершина, в которую не входит ни одна дуга. Способ удаления миноранты позволяет формировать исходный вариант структуры с начала. Мажорантой (стоком) называется вершина, из которой не выходит ни одна дуга. При таком способе исходный вариант структуры формируется с конца.

На рисунке 4.10 показан пример формирования исходного варианта структуры способом удаления минорант. В матрице предшествований МР находим строку, состоящую только из символов «0» или «>» (в данном случае это 8-я строка), и удаляем ее, то есть переход Р₈ ставим на первое место. В матрице, получившейся после удаления 8-ой строки, минорантами являются 2-я, 4-я и 9-я строки. Следовательно, после перехода Р₈ одновременно могут быть выполнены переходы Р₂, Р₄ и Р₉. Дальнейшее преобразование матрицы, то есть удаление минорант 3-й и 10 строк, указывает на одновременное выполнение переходов Р₃ и Р₁₀. В получившейся матрице удаляем 5-ю и 7-ю строки (переходы Р₅ и Р₇). И, наконец, в оставшейся матрице удаляем 6-ю строку (переход Р₆).

В результате получился блочный вариант структуры (рисунок 4.11).

Следующим шагом является формирование структуры конкретного варианта. Для этого разрабатываются предварительные типовые варианты и выбирается наиболее рациональный. При этом важную роль играет выбор оборудования и инструмента. Если при обработке на токарно-револьверном станке можно объединить несколько переходов в один – блочный, то обработка на универсальном станке требует перехода к линейному графу: например, расчленение первого блочного перехода на рисунке 4.11 (переходы Р₂, Р₄ и Р₉) дает шесть возможных вариантов структуры.

Завершающим этапом проектирования ТП является проектирование переходов, выполняемое в следующей последовательности:

1. в ыбор допустимых вариантов структуры перехода (рисунок 4.12);

2. определение припусков;

3. определение типоразмера режущего инструмента с помощью математического аппарата соответствий (выбор осуществляется в три стадии: выбор вида инструмента  выбор типоразмера  проверка возможности использования выбранного инструмента);

4. назначение вспомогательного инструмента (например, если конус Морзе у выбранного сверла иной, чем у шпинделя, требуется переходная втулка);

5. расчет режимов резания;

6. расчет вариантов и выбор перехода, оптимального по себестоимости;

7. формирование описания перехода.

Заключительным шагом является сведение всей полученной информации о спроектированном ТП в единый документ – операционную карту.