Сербан О.Ф., студент

Пуховський Є.С., д.т.н., професор

НТУУ «КПІ», м. Київ, Україна

Проблеми інструментального забезпечення гнучких виробничих систем

Експлуатація СС зазвичай передбачає використання близько 3...5 тис. інструментів. Це призводить до того, що інструменти в інструментальному складі обертаються лише один раз за 3-4 роки, що збільшує витрати на утримання інструменту і збільшення виробничих площ під його зберігання. У результаті знижується фондовіддача дорогого обладнання, виникають значні матеріальні та трудові втрати.

Раціональне використання інструменту в СС багато в чому залежить від ступеня його уніфікації. Тому надзвичайно актуальною є проблема визначення оптимального складу системи інструментального забезпечення (СІЗ). На етапі технологічного проектування вирішуються наступні завдання, пов'язані зі створенням раціональної структури інструментального господарства СС: вибір номенклатурного складу різального інструменту (РІ), визначення його кількісного складу, вибір номенклатурного складу допоміжного інструменту (ДІ), визначення його кількісного складу.

При проектуванні складу різального і допоміжного інструменту визначимо технологічне середовище, представлене безліччю оброблюваних поверхонь та інструментів . Відносини і взаємозв’язки між елементами цих множин дозволяють побудувати технологічні правила вибору (РІ і ДІ).

Відомо, що інструменти при обробці поверхонь використовуються в певному порядку, тобто якщо інструмент застосовується перед інструментом , то вони пов'язані ставленням проходження . Набір таких пар є підмножина декартова квадрата . Так як відношення проходження транзитивно, то має сенс розглядати підмножину ; елементи цієї підмножини – послідовності інструментів, для яких виконується ставлення прямування.

В процесі проектування розглядають групу інструментів, що беруть участь в обробці на одній деталеустановці, операції, в одному переході. Отже, такі інструменти пов'язані ставленням спільності (знак ).
Внаслідок того, що , де – множина РІ і множина ДІ, то спільність їх застосування розглядається і як взаємодія (знак ),
що означає, які інструменти мають причинно-слідчий зв'язок, тобто . Підмножина всіх таких пар (або n – k) позначають через або .

Досліджуючи взаємозв'язок між множинами і , можна констатувати, що з усіх елементів виділяться тільки ті, які мають відношення спільності. У результаті виходить підмножина , яка розглядається у подальших дослідженнях.

Основою технологічного проектування СІЗ є інформаційна модель. Як приклад інформаційної моделі СІЗ можна розглянути обробку елементарної поверхні. Інформаційна модель тут визначається трьома етапами перетворень (рис. 1). На першому етапі розглядаються будь-які пари інструментів :

.

На другому етапі розглядається дійсний порядок елементів пар:

, де .

Рис. 1. Фрагмент інформаційної моделі системи інструментального забезпечення.

На третьому етапі інформаційних перетворень розглядається дійсний порядок використання інструменту при обробці поверхні:

, де .

Відносини між елементами множин описуються логічною моделлю, яка визначається в досліджуваній предметній області. З формальної моделі СС предметна область інструменту , яка характеризує множину РІ і ДІ. Її функціональне середовище можна представити в наступному вигляді:

,
де – множина РІ, n=1, N, і приймає наступні значення:

– множина свердел;

– множина чорнових зенкерів;

– множина чистових зенкерів;

– множина торцевих фрез для чистової і напівчистової обробок і т.д.;

– множина ДІ, w=1, W, і приймає наступні значення:

– множина оправок для насадних торцевих фрез з поперечною шпонкою;

– множина оправок для насадних циліндричних фрез з повздовжньою шпонкою;

– множина оправок для насадних фрез з повздовжньою шпонкою;

– множина перехідних втулок для кінцевих фрез і т.д.

В логічних моделях параметричний опис інструменту виражається через властивості інструменту. Логічна функція приналежності властивості до інструменту записується у вигляді одномісного предиката , де множина властивостей інструменту, що є предикатною змінною.

Множину властивостей інструменту можна розбити на дві підмножини: , де – множина властивостей, що належать РІ; – множина властивостей, що належать ДІ.

Таким чином, залежно від інструменту приналежність властивостей інструменту запишеться поняттям предикат-властивість . Основні властивості інструмента і його складових частин (РІ і ДІ) представлені в табл. 1.

, де

– множина спільних властивостей;

– множина технологічних властивостей;

– множина плановоорганизаційних властивостей.

Відповідно до

,
,

розглядаючи взаємозв'язок різних інструментів, легко встановити, що існують такі інструменти, використання яких можливе тільки разом з іншими інструментами. Наприклад, використання РІ "свердло" можливо з використанням ДІ "свердлильний патрон" або цангової оправки, тобто
, де –свердлильний патрон, .

Таблиця 1. Перелік властивостей інструментів

	Основні властивості інструмента	Позначення імені властивості
		Загальні	РІ	ДІ
	Вид інструмента
	Габаритні розміри
	Маса
	Точність
	Шорсткість
	Метод з'єднання
	………………………………………………….	…………	…….	…….
	Метод обробки
	Стійкість
	Форма заточки
	Форма зносу ріжучої частини
	………………………………………………….	…………	…….	…….
	Номенклатурний склад
	Кількісний склад
	Час на зборку-розборку
	Кількість переточувань (граней)
	Вартість інструмента
	Вартість заточки
	………………………………………………….	…………	…….	…….

Крім того, можливість застосування РІ в свердлильному патроні або цанговій оправці показує існування між інструментами відношення еквівалентності
.

Згідно рівняння

взаємодія існує між різними об'єктами, отже, між РІ і ДІ або між різними типами ДІ, тобто

.

Поверхні найвищої якості обробляють на останніх етапах обробки, чорнова обробка передує чистовій обробці, а це в свою чергу, передбачає використання одного інструменту на чорновії і одного інструменту на чистовії обробці. Для формалізації даного міркування вводиться поняття "характеристика властивості".

Згідно ГОСТ 3.1702-79 "Правила записи операций и переходов. Обработка резанием." (п. 10), у зміст операції (переходу) повинно бути включено ключове слово, яке характеризує метод обробки, виражене дієсловом в невизначеній формі наприклад, "точити", "свердлити", "фрезерувати" і т.д.

Для використання поняття характеристики в логічних формулах введемо знак "" де – змінна величина і замінюється тієї літерою, що є характеристикою якої-небудь властивості об'єкта, наприклад, технологічний перехід . В даному випадку технологічний перехід є характеристикою методу обробки. Використовуючи дане правило, розглянемо умову проходження для інструментів, які можна записати у вигляді наступної логічної формули:

У табл. 2 показані відношення існуючі між інструментами, що входять в множину .

Таблиця 2. Відношення між інструментами, що входять в множину

Позначення інструмента

Примітка. У таблиці прийняті позначення: – відношення еквівалентності справедливо для інструментів подібного типу; – відношення спільності справедливо при використанні комбінованого і багатолезвійного інструмента; – відношення проходження справедливо у разі розгляду різального інструменту у взаємозв'язку з технологічним процесом; – відношення взаємодії справедливо для ріжучого і допоміжного інструмента як однойменних, так і різнойменних типів.

Література:

1. Проектування та експлуатація гнучких виробничих систем металообробки: Навч. посібник / Є.С. Пуховський. – К.: НМК ВО, 1992. – 156с.

2. Пуховский Е.С., Кукарин А.Б. Проектирование станочных систем многономенклатурного производства. – К.: Тэхника, 1997. – 221с.