Раздел 2
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К проектированию ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
2.1. Теория подобия как основа системного подхода к проектированию
технологических систем механической обработки.
Системный подход к проектированию в механической обработке резанием, прежде
всего, предполагает определение понятия "технологическая система обработки
металлов резанием", описание ее структуры и свойств. Так, в ГОСТ 22954-78
"Надежность в технике. Технологические системы. Термины и определения" понятие
"технологическая система" (ТС) с учетом взаимодействий в человеко-машинной
среде сформулировано в виде утверждения: "Технологическая система -
совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения,
предметов производства и исполнителей, предназначенная для выполнения в
регламентированных условиях производства заданных технологических процессов и
операций в соответствии с требованиями нормативно-технологической
документации". Исходя из этого технологическая система обработки металлов
резанием (ТСМ) реализует преобразование объекта обработки (00) из состояния
"заготовка" (з) в состояние "деталь" (д) с использованием технологического
процесса (ТП) на оборудовании (С) по технологическим процессам: обработки
(ТПО), контроля (ТПК) и транспортирования (ТПТ).
(2.1)
где Д - знак взаимодействия элементов системы обработки; ® - знак результатов
взаимодействия.
Под объектом обработки будем понимать множество состояний материального тела из
металла, образованного замкнутым пространством элементарных поверхностей (ЭП),
в процессе воздействия на него со стороны технологического оборудования.
Под элементарной поверхностью (ЭП) будем понимать поверхность движения,
образованную множеством кривых 1-го и 2-го порядка.
Под заготовкой будем понимать множество состояний объекта обработки, в которых
хотя бы одна из характеристик его поверхностей не соответствует характеристике
поверхности детали по чертежу.
Особенностью механообрабатывающего производства является неоднородность
структур и параметров элементов, входящих в него. К структурной неоднородности
систем обработки металлов резанием можно отнести наличие последовательной,
параллельной, параллельно-последовательной обработки поверхностей на переходах,
операциях и маршрутах обработки (табл.2.1).
Процесс обработки резанием в большинстве случаев формообразования построен на
взаимодействии режущего клина с обрабатываемой поверхностью. Как известно,
любой процесс механической обработки резанием можно свести к множеству
элементарных технологических процессов (ЭТП), описывающих взаимодействие между
режущих клином (РК) и элементарной поверхностью заготовки (ЭЗ), в результате
которого формируется новая поверхность с наперед заданными свойствами
(элементарная поверхность детали ЭД):
Таблица 2.1.
Классификация структурных построений систем
механической обработки
Уровень
Примеры последовательностей обработки:
Последовательная
Параллельная
Параллельно-последовательная
Переход
Операция
Маршрут обработки
При этом различие между инструментами состоит лишь в степени концентрации
клиньев, их форме, размерах, материале режущей части, физико-механические
свойства материала инструмента (табл.2.2).
Под элементарным режущим инструментом (ЭРИ) будем понимать поликлиновой
инструмент, результатом воздействия которого на объект обработки является
элементарная поверхность (ЭП). Процесс этого воздействия назовем элементарным
технологическим переходом (ЭТП), а систему обработки, реализующую этот процесс,
элементарной технологической системой (ЭТС). Тогда по аналогии с моделью ТСМ
(2.1) для структурной модели ЭТС можно записать
(2.3)
где ЭТПО - элементарный технологический процесс механической обработки
резанием; ЭТПТ - элементарный технологический процесс транспортирования объекта
обработки и инструмента в зону обработки; ЭТПК – элементарный технологический
процесс контроля; РК - множество режущих клиньев на инструменте. Если
рассматривать деталь и заготовку как объединения множеств элементарных
поверхностей, то преобразование вида (З ® Д) есть ни что иное, как по всем
обрабатываемым поверхностям. Тогда модель ТСМ (1.1) можно представить в виде
объединения моделей ЭТС:
Таблица 2.2.
Факторы, влияющие на формирование режущей части инструмента
Описание фактора
Пример реализации
Физико-механические свойства материала инструмента
lр – коэффициент теплопроводности материала инструмента
Геометрия режущего клина
Неоднородность режущих свойств кромок РК
Продолжение табл.1.2
Описание фактора
Пример реализации
Поликлиновой инструмент
Поликлиновой инструмент с разнотипными режущими клиньями
Поликлиновой инструмент с вероятностным распределением клиньев на державке
Режущий инструмент с нестационарной геометрией режущих клиньев
где j - номер ЭТС; KTi - размер массива ЭТС, реализующих преобразование (з ®
д); i - номер формируемой ЭП; КП - размер массива обрабатываемых поверхностей.
Таким образом, структурная модель технологической системы обработки металлов
резанием (2.4) наглядно показывает возможность перехода от оценки эффективности
макросистемы с различными уровнями интеграции к оценке эффективности
использования микросистем (в нашем случае это - ЭТС) и связей между ними. Такая
оценка может быть выполнена в том случае, если микросистемы будут однородны
(изотропны), а их связи – трансформируемы при переходе от системы более
высокого уровня к системам более низкого уровня (на пример, от операции к
переходу).
2.2. Принципы технологического подобия операций формообразования резанием
Основой