Повышение эффективности процесса фрезерования концевыми фрезами на основе оптимизации траекторий формообразующих движений в пространстве состояний

• Автор: Волошин, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 166 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований

1.1. Основные направления совершенствования станков с ЧПУ

• 1.2. Тенденции совершенствования систем управления

формообразующими движениями инструмента относительно детали в станках с ЧПУ

1.3. Особенности динамики процесса фрезерования

1.4. Цель и задачи исследований

2. Математическое моделирование геометрии изделия при обработке

торцевыми фрезами с прямым и винтовым зубом

2.1. Постановка задачи

2.2. Математическая модель упругой линии деформаций режущего
лезвия фрезы
2.3. Построение функции изменения толщины срезаемого зубом слоя
2.4. Модели деформаций концевых фрез в процессе обработки
2.5. Численные методы получения траекторий деформаций
2.6. Результаты теоретических вычислений и их адекватность
2.7. Выводы по главе
3. Выбор оптимальной траектории скорости резания по пути
фрезерования
3.1. Формулировка проблемы
3.2. Моделирование износа в виде интегрального оператора
3.3. Экспериментальное оценивание функции развития износа
3.4. Оптимизация стоимости обработки
3.5. Результаты вычислений
3.6. Определение оптимальных координат переключения циклов
обработки отдельными инструментами
3.7. Выводы по главе
4. Принципы построения программ ЧПУ по критерию минимизации приведенных затрат, обеспечивающих заданное геометрическое
качество изделий
4.1. Управление геометрическим качеством обработки по критерию
минимизации приведенных затрат
4.2. Пример построения программы ЧПУ для изготовления наконечника
лопасти
4.3. Эффективность новых алгоритмов построения программы ЧПУ на примере фрезерования внутренней поверхности наконечника
лопасти в условиях ОАО “Роствертол”
4.4. Выводы по главе
5. Заключение. Общие выводы
Литература
Приложение
Введение
Одно из динамично развивающихся направлений совершенствования системы производства машин связано с созданием интегрированного компьютеризированного производства. Использование такого производства особенно эффективно при изготовлении машин мелкими сериями, что характерно, в частности, для авиационной промышленности. Косвенным подтверждением этого тезиса является большой интерес к данной проблеме, высказываемый мировой научной общественностью. Достаточно привести такой пример - в 2004 году в Торонто состоится уже 14-й всемирный конгресс по этой проблеме. Объединение металлорежущего станка с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), создание вычислительной сети для управления группой станков не только принципиально меняет подход к анализу функционирования машины, но и требует разработки новых подходов к обеспечению этого функционирования. Это приводит к необходимости анализа технологических процессов как объектов автоматического управления, причём объекты имеют сложную динамическую структуру. Каждый управляемый металлорежущий станок представляет единую динамическую систему, включающую в себя процесс резания, и все координаты пространства состояния динамической системы станка являются взаимосвязанными. Поэтому открывается возможность не только анализа отображений изменений параметров процесса резания в координатах состояния системы, но и предсказания эволюционных преобразований этих параметров.
Таким образом, при анализе станка в составе интегрированного компьютеризированного производства приходится сталкиваться с проблемами управления сложными объектами, уравнения связи между координатами которых имеют высокий порядок, необходимо анализировать динамику управляемого металлорежущего станка с учётом различных преобразований динамической характеристики процесса резания, В такой
системе при всех условиях формируются некоторые траектории движения инструмента, которые должны быть асимптотически устойчивыми.
При анализе такой системы, строго говоря, необходимо строить декомпозиции динамических моделей, изучать связи между различными иерархическими уровнями их описания, рассматривать вопросы самоорганизации, то есть рассматривать связанные вопросы управления и самоорганизации. Анализ мирового опыта совершенствования систем «станок-ЭВМ» позволяет определить тенденции совершенствования систем управления станками и получить более эффективные методы управления, то есть построения программы системы числового программного управления (ЧПУ).
В основу построения программы ЧПУ принято полагать геометрический * образ детали. Однако в результате взаимодействия инструмента с заготовкой возникают упругие деформации, приводящие к искажению формируемых поверхностей детали. Рассматриваемый подход построения программ ЧПУ предполагает наравне с программированием геометрических перемещений инструмента использовать программирование изменяющихся в ходе обработки режимов резания, что позволяет повысить геометрическую точность обработки и стойкость инструмента. Такая программа ЧПУ строится на основе желаемых траекторий в пространстве состояния системы, которые представляют собой функцию изменения скорости вращения инструмента по перемещению и функцию изменения скорости линейной подачи инструмента по перемещению. При этом особый интерес представляет определение оптимальных в смысле минимума приведенных затрат, а также качества обработки траекторий.
В предлагаемой работе, с одной стороны, обобщаются фундаментальные исследования по управлению Айзермана М.А., Воронова A.A., Красовского A.A., Красовского H.H., Летова А.М. и др., основной акцент ставится на развиваемой под руководством Колесникова A.A. синергетической теории управления, на случай управления процессом резания на примере операции

2. Математическое моделирование геометрии изделия при обработке концевыми фрезами с прямым и винтовым зубом
2.1. Постановка задачи
При определении траекторий формообразующих движений, при концевом фрезеровании боковыми режущими лезвиями имеет место проблема задания траектории, которая обеспечивает обработку по критерию минимума приведенных затрат при обеспечении заданных показателей качества изготовления изделий. Традиционно решение этой проблемы связано с выбором технологических режимов на заданном участке обработки (кадре) программы ЧПУ металлорежущего станка, причем выбор кадров обработки осуществляется исходя из методов интерполяции и заданной геометрии. При этом используется имеющаяся на предприятии база данных, позволяющая с учетом состояния металлорежущих станков выбирать технологические режимы, последовательность проходов, при которых обеспечиваются заданные показатели геометрического качества изделий. При изготовлении изделий сложной геометрической формы, для которых характерны существенные вариации припуска, выполняются специальные программные операции, направленные на обеспечение точности. Таким образом, используемая процедура выбора технологических режимов, которые в совокупности задают траектории формообразующих движений, не учитывает упругих деформаций системы станка, скорость резания и режимы считаются постоянными, программа ЧПУ является заданной и неизменной при обработке партии изделий. В отличие от традиционных в настоящее время подходов при построении программ ЧПУ, в данной работе продвигается направление, связанное с учетом влияния упругих деформаций на точность обработки. Учет такого влияния особенно актуален при обработке изделий сложной геометрической формы, что характерно для предприятия авиационной промышленности. Кроме этого принимается во внимание то