МУ Оптимизация процесса резания

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО

 УНИВЕРСИТЕТА

 

 

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

 

 

 

 

 

ПРОГРАММА,

методические указания и задание

для контрольной работы по курсу «Оптимизация технологических процессов» для направления 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств» по специальности

151001 «Технология машиностроения»

 

Форма обучения – заочная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РПК «Политехник»

Волгоград

2008

 

    Методические указания составлены на основании:

 

1. Государственного образовательного стандарта по направлению 151000, по специальности 151001 «Технология машиностроения», утвержденного 17.03.2000г.
2. Рабочего учебного плана, утвержденного 29.08.2003г.

 

Составитель: д.т.н., Отений Я.Н..

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры 

Технология машиностроения  «_____»_____________2008__г.

 

Заведующий кафедрой ____________________ Отений Я.Н.

       (подпись)         (Ф.И.О.)

 

Одобрено учебно-методическим советом факультета «Промышленные  технологии».

 

«_____»_____________2008__г.

 

Председатель

Учебно-методического   ____________________ Неумоина Н,Г.

совета                (подпись)         (Ф.И.О.)

 

Содержание 

Стр.

Введение	4
Цель работы	4
1.2. Задачи изучения дисциплины	4
Представление о параметрической оптимизации	7
2.1. Общее представление об оптимизации	7
2.2. Составление математической  модели оптимизации выбора режимов  резания	8
Задания для выполнения контрольной работы	13
Порядок выполнения работы	14
Порядок оформления отчета	14
Вопросы по материалу лабораторной работы	14
Литература	15

 

 

 

Введение

Особенностью разработки технологических  процессов является их многовариантность. Это приводит к тому, что для нахождения оптимального процесса обработки необходимо проанализировать очень большое количество различных факторов, влияющих на принятый критерий оптимизации. Чаще всего в качестве такого критерия выбирают достижение минимальной себестоимости при максимально возможной производительности. Эта задача, несмотря на наличие уже давно разработанной математической модели, до недавнего времени не находила  широкого применения в производственной практике. Такое положение дел было связано в первую очередь с отсутствием необходимой вычислительной техники и соответствующим образом подготовленных специалистов. Нахождение лучшего технологического процесса сводилось к перебору вариантов, использованию производственного опыта, интуиции технологов и их квалификации.

За последние годы положение  дел кардинально изменилось в  связи с бурным развитием информационных технологий, вычислительной техники, систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) и внедрением их в практику проектирования. Актуальность определения оптимальных параметров обработки еще больше увеличивается в связи с возникновением и широким использованием станков с ЧПУ, гибких производственных систем (ГПС) и применением адаптивного управления при обработке деталей на станках с программным управлением.

1. Цель преподавания  дисциплины 

Дать представление  об оптимизации при проектировании технологических процессов и  оптимальном конструировании в машиностроительном производстве, а также использовании современного программного обеспечения для решения математических моделей оптимизации.

 

1.2. Задачи изучения  дисциплины

1.2.1.Получить представление об основных методах оптимизации технологических процессов и конструировании. Разрабатывать и решать математические модели оптимизационных задач.

Иметь представление  о выборе критериев оптимизации.

1.2.2. Ознакомиться с основными  понятиями оптимизации процесса резания.

1.2.3. Научиться составлять математическую  модель процесса резания в  виде целевой функции и линейных  неравенств, составляющих ограничения.

1.2.4. Решить конкретную задачу  по нахождению оптимальных режимов  обработки резанием.

 

 

 

 

 

Таблица1.  Содержание дисциплины «Оптимизация технологических процессов в машиностроении»

	Введение. Основные представления об оптимизации при инженерном проектировании	2				З
	Основные представления о системном подходе и методологических основах оптимизации. Основные представления о критериях оптимизации. Классификация методов оптимизации	2	4		МУ 1	З
	Основные понятия, используемые в задачах оптимизации технологических процессов. Виды оптимизационных задач	2				З
	Постановка задачи линейного программирования. Задача об использовании ресурсов. Задача о распределении выпуска продукции по предприятиям	2				З
	Транспортная задача. Задача о выборе оптимального варианта аппаратуры. Задача о минимальной загрузке оборудования.	2				З
	Задача об оптимальном распределении деталей по станкам. Задача о производстве продукции при ограниченных запасах сырья. Геометрическая интерпретация задачи линейного программирования	2	4		МУ 2	З
	Параметрическая оптимизация. Составление и решение математической модели оптимизации выбора режимов резания .	2
	Оптимизация срока выполнения комплекса работ. Вероятностные методы сетевого планирования	2	6		МУ3	З
	Оптимизация срока выполнения работы в теории расписаний. Комбинаторные задачи на составление расписания	4	6		МУ 4	З
	Теория массового обслуживания	2				З
	Теория расписаний	4	8		МУ 5	З
	Структурная оптимизация.	2	6		МУ 6	З
	Оптимизация конструкций машин и узлов	2				З
	Заключительное занятие	4				З
	Итого:	34

Табл 2.Перечень лабораторных работ

Номер лабораторной работы	Наименование лабораторной работы	Объем, час.
1	2	3
	Освоение решения оптимизационных  задач с помощью программного обеспечения MathCAD (‘электронная версия)	12
	Оптимизация процесса обработки деталей  при точении	8
	Анализ геометрических параметров контактной зоны при обработке деталей поверхностным пластически деформированием	8
	Оптимизация конструктивных параметров  центробежного раскатывания	8
итого		34

 

Контрольные вопросы по дисциплине

1.Какой технологический процесс  является оптимальным

2. Оптимальный процесс.

3. Ограничения задачи оптимизации

4. На чем основывается возможность решения задач оптимизации ТП

5. Покажите как привести выражение к линейному уравнению

6. Неопределенные факторы. Их происхождение

7. Когда задача оптимизации имеет смысл

8. Постановка задачи линейного программирования

8. Какие компоненты должна содержать математическая модель оптимизации

9. Допустимое решение оптимизации

10. Какая существует   характерная качественная зависимость роизводительности машин от режимов обработки

11. Покажите как привести выражение   к линейному уравнению использовать (использовать выражение )

12. Эффективное решение -

13. Сфера применения оптимизационных методов в инженерном деятельности

14. Виды ограничений, накладываемые на выполнение программы работ в рамках теории расписаний.

15. Примерами технологических критериев оптимизации

16. Целевая функция задачи оптимизации

17. экономические критерии оптимизации

18. Какие бывают оптимизационные задачи по назначению

19. Оптимальное решение

20. Управляемые переменные x₁,...,x_n

21. Выборочная оптимизация

22. Случайные факторы

23. (лицо, принимающее решение), что это за специалисты

24. Математическая модель оптимизации технологического процесса

15. Чем отличается математическая модель оптимизации от любой другой математической модели

 

 

2. Представление о параметрической оптимизация

 

2.1. Общее представление об оптимизации.

 

Расчет оптимальных параметров (режимов резания, параметров качества и др.) технологического процесса или операции при заданной структуре с позиции определенного критерия называют параметрической оптимизацией. Параметрическая оптимизация предусматривает нахождение таких параметров х_i , i =1, m, при которых целевая функция принимает максимальное или минимальное значение. В качестве целевой функции могут быть выбраны приведенные затраты, технологическая себестоимость, штучное время или штучная производительность, вспомогательное время и др. В данной работе в качестве целевой функции примем функцию.

,

(1)

 

где с – коэффициент, не зависящий  от режимов обработки равный стоимости одной минуты обработки или длине обрабатываемой поверхности;

n – частота вращения детали или инструмента;

s – подача.

Из выражения (1) видно, что себестоимость или время обработки будет минимальной, если произведение n S® max

 

2.2. Составление математической  модели оптимизации выбора режимов резания.

 

Определим ограничения, накладываемые на значения целевой функции f_o = n s® max. Эти ограничения необходимо представить в виде линейных функций. Это достигается преобразованием степенных зависимостей входящих в формулы логарифмированием.

Ограничение 1.

Из совместного решения уравнений

(2)

после несложных алгебраических преобразований получим:

.

(3)

Поскольку ограничения должны иметь  вид линейных неравенств (или уравнений), то преобразуем неравенство (3) к  линейному логарифмированием выражения (3)

(4)

введем обозначения

.

(5)

 

Во  втором обозначении для х₂ подача S умножается на 100 в связи с тем, что она является дробной величиной, при этом, если S<1 то логарифмы будут отрицательными, в то время как в математической модели с применением линейного программирования они должны быть положительными.

Таким образом, первое ограничение  с учетом обозначений (5) примет вид:

.

(6)

При этом и оценочная (целевая) функция после логарифмирования преобразуется в выражение

.

(7)

 

Ограничение 2.

Мощность электродвигателя станка не может быть больше установленной мощности. Ее значение и вычисляется по формуле

,

(8)

где Р_z - сила резания, Н;

       n-скорость резания, м/мин;

       h-КПД станка.

Сила резания равна

.

(9)

Сопоставляя (8) и (9) найдем

.

(10)

После логарифмирования находим второе ограничение

,

(11)

где b₂ – равно

.

(12)

 

Ограничения 3 и 4.

Определяют наибольшую и наименьшую частоту вращения шпинделя станка или  инструмента. Они выбираются по справочным данным применяемых станков

;	(13)
.	(14)

Ограничение 5 и 6 для подачи определяются аналогично ограничениям 3 и 4

;	(15)
.	(16)

Определяющее ограничение 7.