بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحي فرآيند و چارت تلرانسي قطعات تراشکاري به کمک کامپيوتر- بخش اول
چکيده :
نقشه و مدل ايجاد شده توسط يک طراح حاصل خلاقيت و دانش اوست که به صورت نقشه در اختيار سازنده قرار مي گيرد. سازنده نيز تمامي تلاش خود را نموده تا قطعه اي مشابه نظر طراح توليد نمايد. اما بخاطر مسائل و مشکلات توليد و مواد اوليه توليد قطعه کاملاً دقيق بسيار مشکل و هزينه بر است . از مهمترين مشکلات اين امر طراحي فرايند توليد و تلرانسهاي هر مرحله از توليد براي دستيابي به تلرانس نهايي قطعه کار است . راه حل اين مساله تعيين ترتيب عمليات مناسب و استفاده از چارت تلرانسي است . انتخاب ترتيب انجام عمليات تراشکاري و پارامترهاي موثر نظير عمق برش است . هر مرحله تراشکاري داراي يک تلرانس است ، به طوريکه در انتها تلرانس هاي تمامي مراحل با يکديگر جمع شده و ممکن است تلرانس نهايي حاصله بيش از تلرانس مجاز اعلام شده (بر روي نقشه ) باشد. براي پيش گيري از انباشت تلرانس ها و کاهش ضايعات توليد لازم است تلرانس مجاز هر مرحله (چارت تلرانسي) مشخص شو . استفاده از سيستم هاي نرم افزاري براي انجام اين امر، ضمن افزايش سرعت و دقت نقش چشمگيري در کاهش هزينه ها خواهند داشت . نرم افزاري جهت تعيين مراحل تراشکاري و تلرانس مجاز هر عمليات (چارت تلرانسي) تدوين شده است که در اين مقاله در دو بخش تشريح مي گرددو کارآيي آن توسط يک مثال نشان داده مي شود.
کليد واژه ها: عمليات تراشکاري -چارت تلرانسي - طراحي فرآيند توليد کاهش هزينه ماشينکاري
١- مقدمه
معمولاً قسمت طراحي يا بخش توسعه محصول هر شرکت ، سعي ميکند قطعه را طوري طراحي کند که کمترين قيمت ممکن را داشته باشد. بخش طراحي فرآيند نيز پس از طراحي قطعه ، مسئوليت چيدمان خط توليد را برعهده دارد که ميبايستي فرايند و ماشين آلات خط توليد را به صورت بهينه انتخاب کند. ماشينکاري، فرايندگرانقيمتي بوده و يک کارشناس طراحي فرآيندمي بايستي در چيدمان خط توليد به موارد زير توجه داشته باشد[١]:
الف - از روشي استفاده کند که تعداد عمليات روي قطعه کمتر باشد (خشن ، مياني، نقاط مبناي اوليه و...)
ب - تـا حـد ممکـن ابعـاد قطعــه خـام قبـل از ماشـينکاري را مطــابق بـا کمتـرين حجـم مـاده قابـل برداشـت در هـر عمليــات محاسبه کند.
ت -ماشينکاري را (تا حد ممکن ) مستقيماً با ابعاد نهايي نقشه انجام دهد.
پ -ماشين آلات را با توجه به تلرانس هاي مورد نياز در هر عمليات انتخاب کند.
هــر ماشــين ابــزار، تلــرانس خــاص و تعريــف شــده خــود را توليــد کــرده و نمــيتــوان بــا تنظــيم يــک عــدد، از هــر ماشــين همــان عــدد را گرفــت . همچنــين ماشــين ابــزار مختلــف ، تلــرانس هــاي مختلفــي را توليــد کــرده و لقــيهــاي متفـــاوتي دارنـــد. ايـــن موضـــوع در تلـــرانس چـــارت بســـيار اهميـــت دارد زيـــرا ميـــزان دقـــت ماشـــين آلات انتخـــابي مــيبايســتي دقيقــاً مشــخص باشــد. البتــه بــه غيــر از لقــيهــاي ماشــين آلات ، عوامــل ديگــري ماننــد عمــر ابــزار و قابليــت تکرارپــذيري ماشــين نيــز بــر دقــت خروجــي اعمــالي بــه قطعــه تــأثير مــيگــذارد کــه بهتــر اســت دقــت کلــي در نظــر گرفتــه شــود. لازم بــه ذکــر اســت کــه دقــت نــامي هــر ماشــين ابــزار، اقتصــاديتــرين تلــرانس بــوده و اگــر دقتــي بــالاتر از آن را از ماشــين ابــزار گرفتــه شــود، قيمــت و هزينــه هــا افــزايش خواهــد رفــت (زيــرا بــه تنظـــيم دقيــق تــر و زمــان بيشــتري نيــاز دارد ضــايعات و دوبــاره کــاري بيشــتر خواهــد شــد و...). بــا توجــه بــه ايــن مطالــب هــر کارگــاهي بــا توجــه بــه نــوع ماشــين ابــزار خــود داراي يــک نــوع فرآينــد توليــد و تلرانســهاي مجــاز خواهــد داشــت . هــر مرحلــه تراشــکاري داراي يــک تلــرانس اســت ، بــه طوريکــه در انتهــا تلــرانس هــاي تمــامي مراحــل بــا يکــديگر جمــع شــده و ممکــن اســت تلــرانس نهــايي حاصــله بــيش از تلــرانس مجــاز اعــلام شــد (بــر روي نقشــه ) باشــد. بــراي پــيش گيــري از انباشــت تلــرانس هــا و کــاهش ضــايعات توليــد لازم اســت تلــرانس مجــاز هــر مرحلــه (چــارت تلرانســي) مشــخص شــود. بــا توجــه بــه وابســتگي طراحــي فرآينــد توليــد و چــارت تلرانســي بــه تجربــه افــراد خبــره و در نظــر گــرفتن ايــن نکتــه کــه صــنعت ســـاخت توليـــد دانـــش محـــور در ايـــران بســـيار جـــوان اســـت ، اســـتفاده از سيســـتمهاي جـــامع کـــامپيوتري در ايـــن زمينه ضروري است و سبب کاهش هزينه و افزايش سرعت و دقت توليد خواهد شد.
٢ تاريخچه
درقــرن بيســتم بــويژه بعــد از جنــگ جهــاني دوم بــا گســترش صــنايع مختلــف نظيــر صــنايع خــودرو ســازي و هــوا فضـــا و لـــزوم طراحـــي وســـاخت قطعـــات دقيـــق بـــر اســـاس کمتـــرين قيمـــت جهـــت عرضـــه محصـــول در بازارهـــاي جهــاني، بــه مباحــث علمــي در صــنعت ماشــينکاري توجــه ويــژه اي شــد. از جملــه زمينــه هــاي کــه توجــه بســياري را بــه خــود جلــب نمــود مســاله طراحــي فرآينــد توليــد و چــارت تلرانســي بــود[٢]. لــذا ايــن امــر داراي ســابقه اي حــداقل در حــدود نــيم قــرن اســت ولــي در ايــران ايــن مســاله کمتــر از يــک دهــه اســت کــه مطــرح شــده اســت .
طراحــي فرآينــد يعنــي تعيــين نحــوه تبــديل مــاده خــام اوليــه بــه محصــول نهــايي[١]. ايــن امــر مــي توانــد بــه صــورت مولـــد(Generative)و بازيـــافتي(Variant) انجـــام شـــود. تحقيقـــات انجـــام شـــده در ايـــن رابطـــه اکثـــرًا براســـاس سيســـتم بازيـــافتي بـــوده و محققـــين مختلـــف [١و٣و٤و٥] ســـعي در اســـتفاده از ايـــن روش داشـــته انـــد مشـــکل اصـــلي ايــن روش وابســتگي سيســتم بــه فــرد خبــره بــوده و سيســتم بــراي دامنــه محــدوده اي از قطعــات قابــل اســتفاده اســـت . اســـتفاده از روش مولـــد نيـــز بســـيار محـــدود اســـت و بـــه خـــاطر مشـــکلات موجـــود در رابطـــه بـــا اتوماســـيون فرآيند سيستمهاي اندکي در اين رابطه ارائه شده است .
چارت تلرانسي ابزاري رياضي-گرافيکي براي نمايش توالي توليد، تحليل و چک انباشت تلرانسهاي توليد و محاسبه ابعاد فرآيند توليد است . اولين کار انجام شده جهت کامپيوتري کردن توليد چارت تلرانسي کار بيورک است [٦].که کاربرد محدود طراحي چارت تلرانسي است . بيشتر تمرکز او برروي مجموعه هاي مونتاژي در مرحله طراحي بوده است . تئوري زنجيره تلرانسي او بر مبناي زنجيره هاي ابعادي اسکالر است و در چارت تلرانسي به کمک کامپيوتر قابل استفاده است . اهلوواليا و کارولين از يک بسته نرم افزاري به نام CATC براي طراحي چارت تلرانسي استفاده کردند. فينگولرنت و همکاران يک روش کاملاً متفاوت با کاردستي را براي اتوماسيون چارت تلرانسي انجام دادند. آنها يک تئوري اساس را که بين تلرانسهاي موقعيت دهي و تلرانسهاي ماشينکاري تفاوت قائل است رابه کار گرفتند[٧]. يئو ، انگوي وچن با استفاده از فيچرهاي ساخت کليه عملياتهاي توليد ممکن را بررسي کرده و بهترين توالي توليد را براساس بهترين توزيع تلرانسي ممکن شناسايي کردند[٨]. وانگ و ليانگ مساله توزيع تلرانسها، انتخاب فرآيند و انتخاب پارامترهاي ماشينکاري را به طور همزمان حل کردند[٩]. آنها با در نظر گرفتن ٤ مرحله ابتدايي، خشن کاري ، نيمه پرداخت و پرداخت براي عمليات توليد، اين مساله را فقط براي قطعات استوانه اي داخلي و خارجي حل کردند. در داخل کشور نيز جدي ترين مطالعه انجام شده توسط لاسمي و آرزو[١٠] است که در اين تحقيق طراحي فرآيند مورد توجه نبوده و فقط بحث چارت تلرانسي به کمک کامپيوتر تدوين شده است .
در ايــن مقالــه از روش مولــد اســتفاده مــي شــود کــه در ايــن الگــوريتم هندســه نهــايي و اوليــه قطعــه کــار همــراه بــا کيفيــت ســطح و تلــرانس نهــايي همــراه بــا مشخصــات مــاده نظيــر ســختي مــاده بــ سيســتم داده شــده و سيســتم براســـاس نـــوع ماشـــن ابـــزار موجـــود در بانـــک اطلاعـــاتي خـــود ترتيـــب عمليـــات و پارامترهـــاي ماشـــينکاري را مشـــخص مـــي کنـــد. خروجـــي ايـــن بخـــش ورودي بخـــش چـــارت تلرانســـي اســـت . در بخـــش چـــارت تلرانســـي، تلرانســهاي هــر عمليــات بــه گونــه اي مشــخص مــي شــود کــه ضــمن دســتيابي بــه تلــرانس هــدف بــراي قطعــه نهــايي، تلرانس هاي عمليات هاي مياني نيز مشخص شده و هزينه توليد حداقل باشد.
٣ ساختار سيستم کامپيوتري
با توجه به توضيحات ارائه شده در بخش هاي قبلي، در اين مقاله نرم افزاري معرفي مي شود که به کمک آن ترتيب عمليات و چارت تلرانسي تعيين مي شود. در اين نرم افزار توالي عمليات توليد يک قطعه تراشکاري به صورت اتوماتيک مشخص شده و سپس محدوده تلرانس مجاز در هر عمليات براي دست يابي به تلرانس نهايي بر اساس کمترين هزينه توليد تعيين مي شود. ساختار اين نرم افزار در شکل (١) نشان داده شده است . اين سيستم براساس مدلسازي در محيط ساليدورکس بوده وبا گرفتن اطلاعات لازم از قطعه کار، توالي عمليت توليدي براي قطعات تراشکاري مشخص شده و سپس وارد بخش چارت تلرانسي شده که در اين بخش ابتدا زنجيره تلرانسي شناسايي شده و سپس براساس کاهش هزنه توليد بهينه سازي تلرانسها انجام مي شود.
شکل ١- ساختار سيستم کامپيوتري
٤- طراحي فرآيند توليد
طراحي فرآيند يعني تعيين نحوه تبديل ماده خام اوليه به محصول نهايي. به عنوان مثال براي يک قطعه تراشکاري در اين رابطه بايستي تعداد مراحل انجام کار و نوع ماشين آلات مورد نياز و پارامترهاي ماشينکاري مشخص شود. طراحي فرآيند يکي از فعاليتهاي مهم سيستم توليد است که نقش عمده اي در تعيين هزينه توليد و کيفيت دارد. طراحي فرآيند در سيستمهاي سنتي توسط افراد باتجربه و آشنا به روشهاي ساخت و قابليت هاي توليدي انجام مي گير . در حال حاضر با ساده ترين سيستم طراحي فرآيند کامپيوتري (CAPP١)٢٠تا ٣٠ درصد کارآيي طراحي فرآيند قابل افزايش مي باشد. علت اين امر اجتناب از تکرار بعضي از پروسه هاي تکراري طراحي فرآيند مي باشد. سيستم هاي طراحي فرآيندکامپيوتري (CAPP) به دو دسته تقسيم مي شوندکه عبارتند از طراحي فرآيند فراخوان و طراحي فرآيند مولد.
در طراحي فرآيند مولد، قطعه براي کامپيوتر توصيف ميشود و کامپيوتر با استفاده از منطق هاي توليدي تدوين شده ، فرآيند توليد مناسب را مشخص مينمايد. در اين سيستم نرم افزاري از روش مولد براي تعيين مراحل تراشکاري يک قطعه استفاده مي شود. الگوريتم تعيين مراحل تراشکاري داراي ١٣ مرحله است که در ادامه بيان مي شود[١].
مرحله ١: صافي سطح مورد نظر و جنس قطعه را مشخص کنيد سپس به کمک رابطه زير حداکثر عمق براده برداري ممکن را محاسبه کنيد.
که در اين رابطه BHN سختي قطعه کار برحسب برينل است .
مرحله ٢: مقدار براده برداري کل (an ) را حساب کنيد وبا حداکثر عمق براده برداري مقايسه کنيد. اگر مقدار آن از حداکثر مقدار براده برداري بيشتربود به مرحله ١٠ برويد در غير اينصورت به مرحله ٣برويد.
مرحله ٣: مقدار asm را محاسبه کنيد. که : . در اين رابطه as min حداقل عمق برش است که به منظـور تصحيح عمليات قبلي بايد برداشته شود.
مرحله ٤: مقدارعمق برش براي مرحله قبل از asm بر اساس جداول موجود در بانک اطلاعاتي ( رک مرجع [١١])محاسبه کنيد. اگر مقدار آن بيش از ١.٣٣ مقدار برش مجاز با حداکثر پيشروي (acmin) باشد. آنگاه آنرا معادل مقدار قرار دهيـ .
که acmin بر اساس نيروهاي ماشينکاري مجاز وارد قلم محاسبه مي شود.
مرحله ٥: مقدار Pg را محاسبه کنيد.
مرحله ٦: اگر مقدار Pg بزرگتر از asm باشد به مرحله هفت برويد در غير اينصورت به مرحله ١١برويد.
مرحله ٧: مقدار Bi را محاسبه کنيد. اين عدد تعداد مراحل خشنکاري را مشخص مي کند. براي ماشينکاري حداقل سه مرحلـه خشنکاري، نيمه خشن و پرداخت لازم است . البته بايستي اين عدد را به سمت عدد بزرگتر رند نمود.
مرحله ٨: عمق برش مورد نياز را محاسبه کنيد.
مرحله ٩: اگر عمق برش از ac min بزرگتر باشد به مرحله ١٣ و در غير اينصورت به مرحله ١٢برويد.
مرحله ١٠: قراردهيد: قطعه قابل توليد نيست .
مرحله ١١: در اين حالت عمليات برش دو مرحله دارد يک مرحله خشنکاري و يک مرحله پرداختکاري . که :
مرحله ١٢: در حالتي که چندين مرحله خشنکاري بايد انجام شود. آنگاه براي تمام مراحل خشنکاري بجز مرحله آخر خشـنکاري ميزان عمق برش برابر وبراي آخرين مرحله برش . در تمام اين مراحل از حـداکثر پيشـروي دسـتگاه استفاده شود.
ميزان عمق برش براي عمليات نيمه پرداخت ١ م م و براي حالت پرداخت نهايي تراشکاري عمق برش برابر ٠.٣٧ م م انتخاب شود. پايان الگوريتم .
مرحله ١٣: ميزان عمق برش در هر مرحله خشنکاري ١- Bi برابر ap انتخاب شده و آنگـاه بـه مرحله ١١برويد.
همان گونه که در الگوريتم مشخص است در اين الگوريتم به خوبي کيفيـت سـطح نهـايي قطعـه ، جـنس قطعـه کـار، پارامترهـاي ماشينکاري مد نظر قرار گرفته و لذااين الگوريتم از جمله الگوريتم هاي مناسب براي ماشينکاري اسـت . در ايـن نـرم افـزار قطعـات تراشکاري به دو دسته تقسيم شده و براي قطعات يک طرفه الگوريتم به راحتي اعمال شده اما براي قطعات دو طرفه ( هر دو طـرف قطعه ماشينکاري مي شود) ابتدا سمت راست بررسي شده و سپس سمت چپ قطعه تحليل مي شود.
٥- نتيجه گيري
تراشکاري يکي از روش هاي رايج براي توليد قطعات صنعتي است که معمـولاً بـراي توليـد يـک قطعـه چنـدين مرحلـه عمليـات ماشينکاري لازم است . از جمله نکات مهمي که بايستي مورد توجه قرار گيرد انتخاب ترتيب انجام عمليات تراشکاري و پارامترهـاي موثر نظير عمق برش است . هر مرحله تراشکاري داراي يک تلرانس است ، به طوريکه در انتها تلرانس هاي تمامي مراحل با يکـديگر جمع شده و ممکن است تلرانس نهايي حاصله بيش از تلرانس مجاز اعلام شده (بر روي نقشه ) باشد. تعيين ترتيب عمليات تراشکاري بسيار مهم است و مي تواند تاثير زيادي بر روي کيفيت نهايي قطعه و هزينه توليد داشـته باشـد. در ايـن مقالـ -بخـش نخسـت - تاريخچه طراحي فرآيند و چارت تلرانسي بيان شده و الگوريتم تعيين ترتيب عمليات تراشکاري تشريح شـد و در بخـش دوم نحـوه تعيين چارت تلرانسي بيان شده و به کمک يک مثال کارايي سيستم کامپيوتري طراحي شده نشان داده مي شود.
