Višeciljna optimizacija uslova rezanja pri obradi glodanjem primenom genetskih
algoritma
K.-D. Bouzakis, R. Paraskevopoulou, G. Giannopoulos
Abstrakt
:
Optimalan izbor parametara pri obradi glodanjem predstavlja složen proces.
Upotrebom višeciljne optimizacije mogu se formulisati realni uslova rezanja. U ovom radu,
postupak višeciljne optimizacije, na osnovu genetskih algoritma dobijaju se optimalni uslovi
pri obradi glodanjem (dubina rezanja, korak i brzina rezanja). Cilj objektivne funkcije je
uzimajući istovremeno u obzir troškove obrade, vreme obrade i nekoliko tehnoloških
ograničenja. Pareto optimizacija je pristup koji se koristi za određivanje optimalnih
parametara rezanja. Simulacija algoritma obrade glodanjem se uzima u obzir kako bi se
izračunalča debljina reznog sloja, otpori rezanja i dr.
Ključne reči
: glodanje, genetski algoritmi, višeciljna optimizacija, Pareto optimizacija.
Uvod
Izbor optimalnih uslova rezanja (dubina rezanja, korak i brzina rezanja) je važan element
planiranja procesa obrade [1]. U praksi, operater mašine bira parametre rezanja na osnovu
svog iskustva ili na osnovu podataka baze ili kataloga reznih alata. Ove vrednosti obično ne
garantuju optimalan rezultat.
Početkom 1990. Taylor [2] daje ideju o optimalnoj brzini rezanja za maksimalno skidanjem
materijala sa obratka u jednom prolazu, mogu pokušaji su učinjeni za optimizaciju
parametara pri mašinskoj obradi. Veliki broj kriterijuma za optimizaciju kao što su minimalni
troškovi obrade, minimalno vreme obrade, maksimalni korak, maksimalna proizvodnost i dr
su razmatrani u radovima [1, 3]. Korišćene su nekoliko metode kao linearno programiranje,
geometrijsko programiranje, grafičke metode, dinamičko programiranje [1, 3]. Međutim,
zbog kompleksnosti problema, napredak u razvoju optimizacije je veoma smor [4].
Problem optimizacije kod obrade glodanjem je veoma složen i ograničen. Prilikom
definisanja parametra rezanja osnosvni problem predstavlja istovremena optimizacija više od
jednog cilja (npr. troskovi i vreme obrade) koji su često konfliktni i neuporedivi. Iz tog
razloga, optimizacija uslova rezanja pri obradi glodanjem postaje, u praksi, problem
višeciljne optimizacije [5], koji bi se teško rešio nekim klasičnim tehnikama optimizacije.
Nalaženje metode za rešavanje problema, bez prethodno odlučivanje predstavlja široku oblast
istraživanja [6]
Poslednjih godina, primena algoritama za višeciljnu optimizaciju je sve veća [7, 8, 9, 10].
Razvijeni algoritmi imitiraju prirodne evolutivne principe za obavljanje procedure za pretragu
i optimizaciju. Iako razvijeni algoritmi ne garantuje nalaženje optimalnog rešenja njihove
konvergencije u višeciljnoj optimizaciji izgledaju da bolje od onih klasičnih optimizacionih
metoda [5, 9].
U ovom radu predstavljen je postupak višeciljne optimizacije na osnovu genetskih algoritama
za optimizaciju parametara pri obradi glodanjem.
Optimizacioni model glodanja
Dubina rezanja, korak i brzina razanja su osnovni parametri obrade glodanjem. Međutim, pri
obradi u jednom prolazu, dubina rezanja je unapred definisana na osnovu deometrije obratka.
Pri obradi u jednom prolazu, problem optimizacije parametara obrade glodanjem su
ograničeni na dobijanje optimalnih vrednosti koraka i brzine rezanja. Postupku optimizacije u
jednom i u više prolaza se razlikuje što je predstavljeno u ovom radu. Glodanje u više prolaza
se tretira kao postupak višeciljne optimizacije sa tri promenljive, dok glodanje u jednom
prolazu je problem sa dve promenljive.
Funkcija cilja
Optimizacija parametara pri obradi glodanjem predstavljena je u ovom radu u cilju
minimiziranja troškova i vremena obrade.
Troškovi obrade
Tokom obrade glodanjem, troškovi obrade
C
MW
se mogu izračunati na osnovu sledeće
jednačine [11, 12]:
Gde su: C
1
-fiksni troškovi, C
2
-trškovi radnog vremena, C
3
-cena reznog alata. Fiksni troškovi
se mogu izračunati na osnovu sledeće jednačine:
Gde su:
CM
-cena alatne mašine,
tr
-vreme podešavanja mašine za novu seriju,
m
-ukupan broj
komponenti,
tn
-vreme čekanja (mirovanja).
Troškovi radnog vremena sastoje se od troškova radnika i troškova korišćenja mašine. Vre
dnost C
2
se može izračunatii na osnovu sledeće jenačine:
Gde su:
L
-dužina glodanja,
f
v
-korak,
n
-broj obrtaja ,
N
-broj prolaza.
Troškovi reznog alata uključuju troškove nabavke novog reznog alata kao troškove zamene
reznog alata. Vrednost C
3
se može izračunatii na osnovu sledeće jenačine:
Gde su:
t
T
-vreme zamene alata,
C
T
-nabavna cena alata,
D
-Prečnik reznog alata,
h
-debljina
reznog sloja,
l
-dužina reznog sloja,
VB
c
-Habanje reznog alata,
b
o
-b
4
-parametri habanja.
Vreme obrade
Vreme obrade tMW se može izračunati na osnovu sledeće jednačine [11, 12]:
Gde su:
t
1
-vreme čekanja i vreme pripreme mašine, može se izračunati na osnovu sledeće jednačine:
t
2
-vreme obrade, može se izračunati na osnovu sledeće jednačine:
t
3
-vreme zamene alata, može se izračunati na osnovu sledeće jednačine:
