ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Система проектирования расчета раскроя и укладки
Введение
Построение оптимальных карт раскроя материала является одной из самых трудоемких задач заготовительного производства. В тоже время это одна из самых важных задач в ресурсосберегающих технологиях, поскольку напрямую ведет к экономии материала и снижению отходов. В настоящее время для решения этой задачи активно используются все возрастающие возможности современных ЭВМ, что позволило значительно ускорить и упростить процесс генерации раскройных карт по сравнению с неавтоматизированными методами. Начало теоретическим исследованиям в области методов рационального раскроя положили труды академика Канторовича Л. В. , в которых он показал возможность эффективного решения оптимизационных задач с помощью ЭВМ.
Еще одним преимуществом при использовании ЭВМ для получения раскройных карт является возможность интеграции процесса подготовки раскроя с процессом генерации управляющей программы для станков термической резки, что позволяет значительно снизить трудоемкость и уменьшить время процесса подготовки управляющих программ. Следует также отметить, что максимальная эффективность может быть достигнута только в случае полной автоматизации процессов раскроя и подготовки управляющих программ. Большую роль в построении интегрированной программно-аппаратной системы играет наличие ЛВС, что позволяет передавать данные из одной подсистемы в другую без промежуточных носителей даже на большом удалении. Благодаря стремительному развитию компьютерных сетей, в том числе и Internet, в последние несколько лет широкое распространение получили системы позволяющие управлять процессом производства практически из любой точки Земли через web-интерфейс. Это позволило специалистам выполнять точную настройку оборудования и контролировать режимы его работы дистанционно, не выезжая на предприятие, что конечно положительно сказывается на качестве выпускаемой продукции.
Следует отметить, что на большинстве машиностроительных предприятий задача заготовительного производства, а, следовательно, и задача раскроя относятся к единичным задачам. Как следствие, задача построения оптимального раскроя на этих предприятиях стоит наиболее остро и к ней предъявляется больше требований по сравнению с той же задачей на предприятиях ориентированных на выпуск серийной продукции. Например, если на предприятиях выпускающих серийную продукцию в основном используют нормативные и технологические методы раскроя материалов, которые основаны на определенных правилах построения раскройных карт, не требующих получения оптимального раскроя, то при единичном производстве напротив, главным становится получение наиболее оптимальной раскройной карты, за минимально возможное время.
Исходя из особенностей единичного производства, оптимальным вариантом следует признать полностью автоматический подход к формированию раскройных карт и управляющих программ для станков с ЧПУ, только в этом случае будет достигнута производительность, удовлетворяющая условиям единичного производства.
В задаче раскроя можно выделить небольшую подзадачу, которая характерна именно для единичного производства и позволяет продемонстрировать всю математическую сложность задачи раскроя.
Дальнейшее исследование этой математической модели со строгим аналитическим описанием позволило показать отсутствие общих математических способов решения этой задачи. Применение ЭВМ с ее возможностями и разработка специализированных алгоритмов, способов и приемов для проектирования раскройных карт позволило показать эффективность использования компьютеров для решения задач раскроя. На протяжении последних 50 лет исследованиям в области раскроя и разработки новых алгоритмов укладки плоских заготовок было посвящено множество отечественных и зарубежных работ.
1 Анализ предметной области
Высокая стоимость, а также дефицитность многих металлов требуют строгой экономии в их расходовании. Даже небольшая экономия на одну деталь может сохранить для завода несколько десятков тонн дорогостоящего и дефицитного металла. Для снижения себестоимости выпускаемой продукции сокращают отходы металлов, которые остаются неиспользованными при изготовлении деталей. Для этого применяют наиболее рациональный раскрой материала, заменяют по возможности дефицитные материалы недефицитными. Бережливое, рациональное расходование металлов является важным резервом увеличения выпуска и снижения себестоимости продукции. Новаторы производства, целые коллективы соревнуются за комплексную экономию сырья и металла, за уменьшение припусков, за сокращение расхода топлива и электроэнергии.
- Определение рационального раскроя полосы (ленты)
Раскрой можно применять простой для одной детали и комбинированный - для нескольких деталей. Прямоугольные детали лучше располагать меньшей стороной вдоль полосы, чтобы по длине полосы поместилось большее число деталей. Это дает экономию материала при разрезке листов на полосы и, кроме того, повышает производительность штамповки.
С целью экономии материала круглые и многоугольные детали целесообразно располагать в несколько рядов в шахматном порядке. Однако стоимость многорядных штампов выше, чем однорядных, поэтому для серийного производства они мт оказаться экономически невыгодными.
Схема раскроя при вырубке круглых деталей с указанием расположения пробивных и вырубных пуансонов, а также шагового ножа приведена.
Коэффициент использования материала при штамповке круглых деталей определяется:
- при многорядном расположении круглых деталей в шахматном порядке
- при однорядном расположении деталей
Экономное расположение деталей со сложной конфигурацией профиля определяют графически. Из плотной бумаги вырезают два-три шаблона по контуру штампуемой детали и находят вариант расположения деталей на полосе, при котором коэффициент использования материала будет наибольшим.
В тех случаях, когда экономичность раскроя одинакова при различном расположении деталей на полосе, следует принимать вариант с более широкой полосой, так как это дает экономию на разрезке листа. Косой раскрой усложняет проектирование и изготовление штампа, поэтому его следует применять лишь в серийном производстве.
Рисунок 1.1 - Неправильное (а, б, д) и правильное (в, г, е) расположение заготовок на листе
Большую экономию материала при штамповке деталей сложной формы дает их встречное расположение. Штамповка может производиться следующими способами:
- поворотом полосы на 180 градусов после прохода первого ряда. Недостаток этого способа — снижение производительности штамповки вследствие искривления полосы после вырезки первого ряда и образующихся на ней заусенцев, которые мт травмировать руки рабочего. Данный способ применим в основном при штамповке в открытых штампах и при толщине материала от 0,5 до 1, 5 мм.
- применением двухпуансонного штампа. При этом способе увеличиваются габариты штампа и стоимость его изготовления а, следовательно, и себестоимость деталей.
Наибольшую экономию материала получают при безотходной и малоотходной штамповке. Недостаток этого способа — малая точность образуемого контура (не выше 7-го класса при штамповке материала толщиной до 1 мм).
1.2 Раскрой полосы для деталей, подвергаемых гибке
При вырубке деталей, подлежащих в дальнейшем гибке в одном направлении, их следует располагать так, чтобы минимальный угол между линией гибки и направлением волокон составлял не менее 30 градусов. Исключение допускается при гибке деталей из очень пластичных материалов (отожженные медь, латунь и алюминий).
Ширина перемычек при вырубке. Ширина перемычек между деталями по краям полосы зависит от толщины материала, формы и размеров детали. Рекомендуемые значения ширины перемычек при вырубке приведены. При пользовании этой таблицей необходимо учитывать следующее:
- при вырубке с поворотом полосы надо величины перемычек увеличивать на 50% по сравнению с приведенными данными;
- ширину кромки, обрезаемой шаговым ножом, принимать равной величине перемычки;
- при вырубке неметаллических материалов ширину перемычек увеличивать на 50% по сравнению с табличными данными;
- при вырубке на пластинчатых штампах ширину перемычек принимать в 1, 5— 2 раза больше рекомендуемых в таблице значений;
- при многорядной вырубке перемычки между деталями а1 и b1 рассчитывать исходя из размера детали, а по краям полосы величины a и b определять по ширине полосы;
- при вырубке магниевых сплавов табличные значения увеличивать в два раза;
- при штамповке титановых сплавов ВТ1 без подогрева и ВТ5 с подогревом табличные значения увеличивать на 25—30%, а при штамповке сплава ВТ5 без подогрева — в два раза.
При раскрое листового металла, помимо основного фактора — экономии металла, учитывают также соображения технологического и организационного порядка. Например, при раскрое можно целесообразно разложить шаблоны на листе, но не при всякой раскладке используется имеющееся в цехе оборудование.
Наиболее рациональное использование металла достигается при размещении на одном листе заготовок различных габаритов, причем вначале размещают наиболее крупные заготовки, затем заготовки средних размеров и, наконец, все свободные места площади листа заполняют заготовками малых размеров.
На оборудовании для криволинейного разрезания заготовки вырезают сразу по их действительному контуру, на оборудовании для прямолинейного разрезания листовой металл вначале разрезают на полосы, которые затем разрезают на заготовки требуемых размеров.
С целью использования отходов их тщательно сортируют как по величине, так и по назначению, чтобы использовать на определенные, заранее намеченные детали, изготовлявшиеся ранее из цельного листа или ленты. Бережливое, рациональное расходование металлов является важным резервом увеличения выпуска и снижения себестоимости продукции. Новаторы производства, целые коллективы соревнуются за комплексную экономию сырья и металла, за уменьшение припусков, за сокращение расхода топлива и электроэнергии.