Управление качеством деталей путем прогнозирования топографии обработанной поверхности с использованием имитационного моделирования : на примере торцевого фрезерования

• Автор: Некрасов, Вячеслав Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Анализ существующих методов моделирования процессов фрезерования

1.1 Основные положения теории математического моделирования

1.2. Формирование рельефа поверхности при фрезеровании

1.2.1. Классификация видов фрезерования

1.2.2. Факторы, влияющие на микрорельеф обработанной поверхности при фрезеровании

1.3. Обзор моделей процесса фрезерования

1.3.1. Общие положения

1.3.2. Эмпирические модели

1.3.3. Теоретические модели

1.4 Исследование топографических свойств поверхности
1.6 Цель и задачи исследования 2 Топография обработанной поверхности при торцевом фрезеровании
2.1 Топографические параметры шероховатости
2.2 Математическая модель формирования топографии обработанной поверхности при торцевом фрезеровании
2.2.1 Кинематическая модель формирования топографии
2.2.2 Износ инструмента и вибрации технологической системы при торцевом фрезеровании
3. Структура информационного и программного обеспечения для прогнозирования геометрических параметров поверхности при торцевом фрезеровании
3.1. Структура информационного и программного обеспечения
3.2 Алгоритм моделирования процесса взаимодействия заготовки и инструмента
3.3 Описание программного обеспечения
3.3.1 Экранная форма ввода исходных данных
3.3.2 Экранная форма вывода результатов расчета
3.4 Использование стохастического моделирования при описании процесса торцевого фрезерования
4 Методика и результаты экспериментальных исследований и
проверка адекватности модели
4.1 Описание экспериментального стенда и порядок работы
4.2 Определение коэффициентов модели
4.3 Проверка адекватности модели при расчете профилограммы обработанной поверхности
4.4 Проверка адекватности модели при расчете топографии 1 обработанной поверхности
5. Практическое использование и внедрение результатов
исследования
5.1 Обзор методов оптимизации
5.2 Оптимизация параметров режима резания с использованием 0 разработанной модели процесса торцевого фрезерования
5.2.1 Постановка задачи и выбор метода оптимизации
5.2.2 Оптимизация операции торцевого фрезерования
5.3 Использование разработанной модели в учебном процессе
Общие выводы
Литература


Автор выражает искреннюю благодарность Евгению Юрьевичу Татаркину, Александру Андреевичу Ситникову, Андрею Михайловичу Маркову, Владиславу Анатольевичу Федорову, Алексею Михайловичу Иконникову, а также сотрудникам кафедр «Технология автоматизированных производств» и «Технология машиностроения», которые очень помогли мне в научных исследованиях. Спасибо. Существующие и разрабатываемые математические модели можно разделить на два больших класса - аналитические и имитационные. По определению Р. Шеннона [] «имитационное моделирование есть процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой модели с целью либо понять поведение системы, либо оценить различные стратегии, обеспечивающие функционирование этой системы». Однако четкого разграничения между аналитическими и имитационными моделями не существует. Последние, как правило, используют при изучении сложных объектов, полное математическое описание которых либо сложно, либо вообще не возможно. Имитационные модели чаще всего являются динамическими, то есть учитывают фактор времени. Это связано с тем, что при расчете параметров процесса для какого-либо момента времени необходимо рассчитать всю предысторию процесса. Таким образом, реальный объект как бы заменяется имитационной моделью, функционирующей в пространстве и времени аналогично самому объекту. Аналитические модели либо являются статическими, то есть фактор времени не учитывается, либо расчет параметров процесса для любого момента времени требует одинаковых затрат средств. В последнем случае они являются более совершенными, но, и более сложными, требуют больше времени на разработку. Имитационное моделирование наиболее эффективно при использовании современной вычислительной техники [], имеющей высокое быстродействие. При этом исследователь производит вместо действительного - численный эксперимент, получая значительно больше информации за меньшее время. Объем получаемой информации. При действительном эксперименте часто возникают значительные сложности при измерении большого числа показателей процесса. Это приводит к необходимости создания специального испытательного стендов и комплексов. Снижение затрат на исследование процесса. Имитация требует значительно меньше времени. Вариация каких-либо параметров при действительном эксперименте часто приводит к значительным затратам времени и средств на их реализацию (особенно это касается изменений в конструкции). Возможность «проигрывания» критических, экстремальных ситуаций, при которых наблюдается повышенный износ или выход из строя дорогостоящего оборудования, повышенный риск для обслуживающего персонала. Области использования математического моделирования широки. В предлагаемой работе основное внимание уделялось модели процесса, пригодных для решения задач первых двух областей - задач проектирования торцевого и концевого фрезерования. При наличии имитационной модели процесса возможно два способа проектирования операций. Первый из них базируется на применении методов теории оптимизации, которых в настоящее время разработано значительное количество [, , , , , 3, 2]. Их эффективность зависит от конкретного вида математической модели. Большой вклад в применении методов теории оптимизации в технологии машиностроения внесли Л. В.Акимов [3], Г. М.Игумнов [], Н. М.Капустин [, ], В. Г.Митрофанов [], А. Н.Резников [], Ю. М.Соломенцев [], Ю. К.Новоселов [], М. М.Тверской [], Г. Ю.Якобс [], СЛЛеонов []. Так как методология оптимизации хорошо разработана, для решения вышеперечисленных задач необходима только разработка математических моделей процесса. Однако, несмотря на имеющуюся литературу по теории моделирования [, , , , , ] и, в том числе, но моделированию элементов технологической системы [, , ], моделей, пригодных для решения оптимизационных задач в достаточно широком диапазоне изменения входных переменных, пока не создано. Другим способом проектирования операции фрезерования являются диалоговые методы, которые получили широкое распространение в САПР. В данном случае оптимальность решения не гарантируется, а результат определяется опытом исследователя. Разработка модели сложная многовариантная задача. Ее вид определяется областью применения. Так для проектирования фрезерного инструмента необходимо связать основные показатели качества фрезерования с характеристиками фрезы.