Повышение надежности определения режимов резания в САПР ТП механической обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Фролов, Евгений Михайлович

• Фролов, Евгений Михайлович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фролов, Евгений Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ТОЧЕНИЯ И ФРЕЗЕРОВАНИЯ В САПР ТП.

1.1. Способы определения режимов резания, применяемые в современных САПР ТП.

1.2. Причины нерациональности автоматически определяемых в САПР ТП режимов резания.

1.3. Способы определения допустимой скорости резания, основанные на информации о свойствах материалов и условиях резания.

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Инструментальные и обрабатываемые материалы.

2.3. Методика определения и оценки зависимости произведения коэффициентов Cv' Kv от термоЭДС пробного прохода.

2.3.1. Нахождение произведения коэффициентов Cv Kv при помощи стойкостных испытаний.

2.3.2. Выявление корреляции между произведением коэффициентов Cv' Kv и величиной термоЭДС пробного прохода.

2.3.3. Математическое описание зависимости между произведением коэффициентов Cv' Kv и величиной термоЭДС пробного прохода.

2.3.4. Оценка объясняющей способности выбранной регрессионной модели. 3 Содержание

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ.

3.1. Физические основы использования термоЭДС пробного прохода для оценки свойств контактных пар заготовка - инструмент.

3.2. Выбор режимов пробного прохода.

3.3. Регистрация и обработка сигнала термоЭДС.

3.4. Разработка математических зависимостей для определения допустимой скорости резания.

3.5. Методика проведения проверочных стойкостных испытаний.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ МОДУЛЯ

САПР ТП ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА

РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ С ЧПУ.

4.1. Алгоритм работы модуля расчета режимов точения.

4.2. Методика расчета режимов точения.

4.2.1. Алгоритм поиска оптимального решения.

4.2.2. Выбор системы технологических ограничений.

4.2.3. Выбор целевой функции.

4.3. Программное обеспечение для решения задачи поиска оптимальных режимов токарной обработки предназначенное для персональных ЭВМ.

4.4. Разработка программного обеспечения для расчета допустимой скорости фрезерования, на основе метода пробного прохода предназначенного для персональных ЭВМ.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности определения режимов резания в САПР ТП механической обработки»

ВВЕДЕНИЕ

По мере увеличения в современной машиностроительной отрасли доли серийного производства увеличивается объем использования металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Для повышения эффективности использования этого вида оборудования все шире применяются системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП). Говоря о разработке технологического процесса обработки детали с применением систем автоматизированного проектирования, необходимо отметить, что с ростом уровня автоматизации объем вводимой конструкторской информации увеличивается, а технологической - уменьшается, т.е. для определения технологических параметров в современных САПР ТП применяются расчетные алгоритмы и базы данных с нормативно-справочной информацией. Существующие на настоящий момент методики, используемые для автоматизированного назначения режимов обработки [86, 11, 10], не обеспечивают требуемой точности. Имеется в виду, что при осуществлении технологического процесса на автоматически назначенных режимах резания заложенная в расчет стойкость инструмента, как основной показатель надежности обработки, не совпадает с действительной. Это расхождение может достигать достаточно больших-значений [57]:

В ряде работ [57, 58, 18, 55, 74, 80, 28] отмечается, что причина^подобного расхождения, влекущего за собой недоиспользование, либо перерасход режущего инструмента, лежит в наличие разброса режущих свойств инстру

5 Введение мента и физико-механических свойств обрабатываемых материалов, являющихся продуктами металлургического производства, особенности которого не позволяют получать материалы с узким допуском на химические и физико-механические свойства.

Для решения задачи расчета режимов обработки, позволяющих обеспечить требуемый период стойкости, авторами ряда работ [44, 2, 3, 51, 47] предлагается при назначении режимов опираться на информацию о физико-механических свойствах режущего инструмента и обрабатываемого материала. С точки зрения создания алгоритмов функционирования модуля расчета режимов обработки, входящего САПР ТП, подобные методы обладают рядом недостатков:

- многие из них требуют проведения предварительных лабораторных испытаний образцов режущего инструмента и обрабатываемого материала, что в условиях производства значительно увеличивает время разработки технологического процесса и сводит на нет основные преимущества от использования САПР ТП;

- некоторые требуют участия оператора, из-за чего их невозможно осуществить в автоматическом режиме;

- часть из них предназначены для определения режимов резания на какой-то одной стадии обработки (черновой, получистовой и т.д.), что неприемлемо для модуля расчета режимов обработки, который должен обладать свойством универсальности, т.е. осуществлять расчет для всех стадий как можно большего числа видов механической обработки. 6Введение

В настоящей работе обосновывается разработка и реализация в виде программы для ЭВМ способа определения оптимальных по производительности режимов резания токарной обработки, пригодного для использования в автоматизированных расчетах в САПР ТП, основанного на оперативном получении информации в ходе предварительного пробного прохода о физико-механических свойствах контактной пары твердосплавный инструмент — обрабатываемая деталь и об условиях протекания процесса резания. Предлагается реализация в виде программы для ЭВМ алгоритма расчета допустимой скорости симметричного торцового фрезерования стальных заготовок сборной твердосплавной фрезой при неорганизованном наборе твердосплавных пластин в условиях получистовой / чистовой обработки, также основанного на методе пробного прохода.

Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка использованной литературы и приложения. В порядке расположения глав в диссертационной работе решались следующие задачи.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Фролов, Евгений Михайлович

11. Результаты исследования переданы в ОАО НПО «ВНИИТМАШ», г. Волгоград.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фролов, Евгений Михайлович, 2009 год

1. Аваков, А. А. Физические основы теорий стойкости режущих инструментов / А. А. Аваков. М. : Машгиз, 1960. - 308 с.

2. Бабич, М. М. Неоднородность твердых сплавов по содержанию углерода и ее устранение / М. М. Бабич. Киев : Наукова думка, 1975. -174 с.

3. Список использованной литературы

4. Блатг, Ф. Д. Термоэлектродвижущая сила металлов / Ф. Д. Блатт,П. А. Шредер ; пер. с англ. -М : Металлургия, 1980. 248 с.

5. Брандт, 3. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров / 3. Брандт. М.: Мир, 2003. - 686 с.

6. Васильев, С. В. ТермоЭДС при резании как характеристика качества твердосплавных пластинок / С. В. Васильев // СГИН. 1976. - № 5. - С. 27-28.

7. Вульф, А. М. Резание металлов / А. М. Вульф. 2-е изд., перераб. и доп. - JI. : Машиностроение, 1973. - 496 с.

8. Гильман, А. М. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках / А. М. Гильман, Л. А. Брахман, Д. И. Батищев. М. : Машиностроение, 1972. — 188 с.

9. Горанский, Г. К. Автоматизация технического нормирования работ на металлорежущих станках с помощью ЭВМ / Г. К. Горанский, Е. А. Владимиров, Л. Н. Ламбин. М.: Машиностроение, 1970. - 220 с.

10. Горбунов, С. С. Нейросетевое моделирование контактных процессов при резании по сигналам термоЭДС и акустической эмиссии : автореф. дис. канд. техн. наук. / С. С. Горбунов. -Н. Новгород, 2004. 21 с.

11. Горелов, В. А. Оценка работоспособности инструмента методами диагностики процессов резания / В. А. Горелов // Контроль. Д иагностика. 2007. — № 5.-С. 48-51.

12. Гуляев, А. П. Металловедение : учебник для вузов / А. П. Гуляев. 6-е изд., перераб. и. доп. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

13. Список использованной литературы

14. Древаль, А. Е. Краткий справочник металлиста / А. Е. Древаль, Е. А.Скороходов, А. В. Агеев ; под общ. ред. А. Е. Древаля и Е. А. Скороходова. — 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 2005. 960 с.

15. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер, Г. Смит. М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. — 912 с.

16. Дудкин, Е. В. К вопросу оценки качества твердосплавного инструмента / Е. В. Дудкин, A. JI. Плотников // Проблемы производства и применения твердых сплавов : тезисы докл. всесоюз. конф. М., 1981. - С. 40-41.

17. Дудкин, Е. В. Метод косвенной оценки износостойкости твердосплавных инструментов / Е. В. Дудкин, А. Л. Плотников // Надежность и контроль качества. 1984. - № 6. - С. 35-41.

18. Дудкин, Е. В. Метод косвенной оценки износостойкости твердосплавных инструментов / Е. В. Дудкин, А. Л. Плотников // Надежность и контроль качества. 1984. - № 6. - С. 35-41.

19. Заковоротный, В. Л. Динамический мониторинг состояния процесса резания / В. Л. Заковоротный, Е. В. Бордачев, М. И. Алексейчик // Станки и инструмент. 1999. - № 12. С. 6-13.

20. Ильин, А. Н. Разработка системы оперативной диагностики режущего инструмента по электрическим параметрам процесса резания : автореф. дис. канд. техн. наук / А. Н. Ильин. Уфа, 2000. -15 с.

21. Исследования и изобретательство в машиностроении: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / М. Ф. Пашкевич и др. ; под общ. ред. М. Ф. Пашкевича. Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2005. - 287 с.

22. Список использованной литературы

23. Кацев, П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента/ П. Г. Кацев. -М.: Машиностроение, 1968. 156 с.

24. Клушин, М. И. Резание металлов / М. И. Клушин. М.: Машгиз, 1958. -454 с.

25. Клюев, В. В. Неразрушающий контроль и диагностика : Справочник / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, А. В. Ковалев; под общ. ред. В. В. Клюева. -М.: Машиностроение, 2005. 656 с.

26. Корндорф, С. Ф. Термоэлектрический метод контроля твердосплавного напайного инструмента / С. Ф. Корндорф, Е. Е. Мельник // СТИН. 2002. - № 9. -С. 19-20.

27. Креймер, Г. С. О влиянии содержания углерода в твердых сплавах карбид вольфрама-кобальт на их механические свойства / Г. С. Креймер, М. Р. Ваховская // Порошковая металлургия. 1965. - № 6. - С. 24-30.

28. Крылов, Е. Г. Станочные САПР обработки металлов резанием / Е. Г. Крылов, Е. М. Фролов // Волжский технологический вестник. 2007. — №3. - С. 32-34.

29. Список использованной литературы

30. Ларин, Р. М. Методы оптимизации. Примеры и задачи : учебное пособие / Р. М. Ларин, А. В. Плясунов, А. В. Пяткин. Новосибирск : Новосибирский государственный университет, 2003. —120 с.

31. Леонов, С. Л. Резание металлов Электронный ресурс. : учебник / С. Л. Леонов, Е. Ю. Татаркин, Ю. В. Федоров. 2003. - Режим доступа : http://edu.secna.ru/main/review/2003/n5/appendix/leonov/.

32. Лоладзе, Т. Н. Износ режущего инструмента / Т. Н. Лоладзе. М. : Машгиз, 1958.-358 с.

33. Лоладзе, Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента /Т. Н. Лоладзе. -М. : Машиностроение, 1982. 320 с.

34. Мельник, Е. Е. Контроль состояния режущих кромок твердосплавного инструмент / Е. Е. Мельник // СТИЕ 2005. - № 4. - С. 16-18.

35. Многофункциональная система диагностики процессов резания и инструмента / В. А. Горелов и др. // Вестник машиностроения. 2005. - № 9. - С. 2224.

36. Мхитарян, В. С. Прикладная статистика. Основы эконометрики. В 2 т. Т. 1. Теория вероятностей и прикладная статистика : учебник для вузов / В. С. Мхитарян, С. А. Айвазян. 2-е изд., испр. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 656 с.

37. Негойце, К. Применение теории систем к проблемам управления/К. Негойце. -М.: Мир, 1981. 179 с.

38. Новая методика построения модулей расчета режимов резания в САПР ТИП механической обработки / А. Л. Плотников и др. // СГИН. -2009.-№ 2.-с. 19-25.

39. Список использованной литературы

40. Обработка металлов резанием : Справочник технолога /А. А. Панов и др. ; под. ред. А. А. Панова. М. : Машиностроение, 1988. -736 с.

41. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ : Нормативы режимов резания / ЦЕНТ. — М. : Экономика, 1990.-474 с.

42. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник : в 2 т. Т. 1. / А. Д. Локтев и др. ; под. ред. А. Д. Локтева. М. : Машиностроение, 1991. — 640 с.

43. Павлов П. В. Физика твердого тела / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. М.: Высшая школа, 2000. — 494 с.

44. Палей, С. М. Контроль состояния режущего инструмента по ЭДС резания / С. М. Палей // СТИН. 1996. - № 10. - С. 21-25.

45. Пат. 2025253 Российская Федерация, МПК3 В 23 Q 15/00. Устройство для определения момента затупления режущего инструмента / А. И. Обабков, В. К.Зубов ; заявитель Пермский научно-исследовательский техно

46. Список использованной литературы логический институт ; патентообладатели Обабков Анатолий Иванович, Зубов Вадим Константинович. № 4913898/08 ; заявл. 25.02.1991 ; опубл. 30.12.1994, Бюл. №24.

47. Пат. 2069122 Российская Федерация, МПК3 В 23 В 25/06. Устройство для диагностирования режущей части инструмента / Ф. И. Коган ; заявитель и патентообладатель Коган Федор Исаакович. № 92005336/08 ; заявл. 28.10.1992 ; опубл. 20.11.1996, Бюл. № 32.

48. Список использованной литературы

49. Пат. 2312750 Российская Федерация, МПКЗ В 23 Q 17/09. Способ контроля состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов / А. Л.

50. Список использованной литературыПлотников, Е. Г. Крылов ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Волгоградский государственный технический университет". № 2006110470/02 ; заявл. 31.03.2006; опубл. 20.12.2007, Бюл. № 35.

51. Плотников, A. JI. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ : монография / A. JI. Плотников, А. О. Таубе ; ВолгГТУ. Волгоград : РПК "Политехник", 2003. - 180 с.

52. Подураев, В. Н. Автоматически регулируемые и комбинировали процессы резания /В. Н. Подураев.—М.: Машиностроение, 1977.-304 с.

53. Список использованной литературы

54. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов : Справочник / В. И. Баранчиков и др. ; под. общ. ред. В. И. Баранникова. М.: Машиностроение, 1990. - 400 с.

55. Режимы резания металлов : справочник / Ю. В. Барановский и др. ; под. ред. Ю. В. Барановского. 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1972.-407 с.

56. Резников, А. Н. Тепловые процессы в технологических системах / A. JI. Резников, JI. А. Резников. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.

57. Рехт, Р. Ф. Разрушающий термопластический сдвиг / Р. Ф. Рехт // Труды Американского общества инженеров-механиков. Сер. Е. Прикладная механика. -1964. Т. 31. - № 2. - С. 34-39.

58. Рогов, В. А. Централизованный контроль режущей способности инструмента в условиях многономенклатурного производства / В. А. Рогов, А. Д. Чудаков //СШН.-2000.-№ 8.-С. 15-19.

59. Рыжкин, А. А. Синергетика изнашивания инструментальных материалов (трибоэлектрический аспект) / А. А. Рыжкин. Ростов н/Д : Издательский центр ДГТУ, 2004. - 323 с.

60. Свид. о. гос. регистрации № 2008611187 от 09.01.2008 РФ. Оптимизация режимов токарной обработки : программа для ЭВМ / Е. М. Фролов ; ВолгГТУ. 2008.

61. Свид. о. гос. регистрации № 2008613649 от 30.07.2008 РФ. Расчет режима обработки для симметричного торцового фрезерования стальных заготовок

62. Список использованной литературы сборной твердосплавной фрезой : программа для ЭВМ / A. JI. Плотников, Е. М.Фролов, Е. Г. Крылов; ВолгГТУ. 2008.

63. Солоненко, В. Г. Криогенная обработка твердосплавных режущих инструментов / В. Г. Солоненко, Б. А, Кривовонос // Вестник Донского государственного технического университета. 2007. - №2 (33). - С. 200-203.

64. Справочник нормировщика-машиностроителя. В 2 т. Т. 2. Техническое нормирование станочных работ / Е. И. Стружестрах и др. ; под. ред. Е. И. Сгружестраха.—М.: Машинострение, 1961. — 892 с.

65. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. Т. 2 / В. Н. Грид-нев и др. ; под. ред. А. Н. Малова. 3-е изд., перераб. - М. : Машиностроение, 1972.-568 с.

66. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2. / А. М. Дальский и др. ; под ред. А. М. Дальского [и др.]. 5-е изд., испр. и доп. — М.: Машиностроение, 2003 г. — 944 стр.

67. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2. / В. Б. Борисов и др.; под. ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и. доп. М. : Машиностроение, 1985. - 656 с.

68. Список использованной литературы

69. Старков, В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве / В. К. Старков. — М. : Машиностроение», 1989.-296 с.

70. Старков, В. К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ / В. К. Старков. М.: Машиностроение, 1985. —120 с.

71. Сутяпш, А. Н. ТермоЭДС как комплексный параметр оценки эксплуатационных свойств деталей машин / А. Н. Сутяпш // Справочник. Инженерный журнал. 2006. - № 3. - С. 59-61.

72. Талантов, Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента / Н. В. Талантов.—М.: Машиностроение, 1992.—240 с.

73. Таха, Хемди А. Введение в исследование операций : пер. с англ. / Хем-ди А. Таха 7-е изд. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2005. - 912 с.

74. Фролов, Е. М. Программа оптимизации режимов токарной обработки / Е. М. Фролов, A. JI Плотников // ХП1 региональная конференция молодых исследо

75. Список использованной литературы вателей Волгоградской области, г. Волгоград, 11-14 ноября 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др.. Волгоград, 2009. - С. 66-69.

76. Фролов, Е. М. Станочные САПР / Е. М. Фролов, A. JI. Плотников // ХП региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 13-16 ноября 2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др.. Волгоград, 2008. - С. 80-81.

77. Химмельблау, Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Химмельблау. М. : Мир, 1975. - 534 с.

78. Ходасевич, Г. Б. Обработка экспериментальных данных на ЭВМ : в 2 ч. Ч. 2. Обработка одномерных массивов Электронный ресурс. : учебник / Г. Б. Ходасевич. Режим доступа : http://dvo.sut.ru/libr/opds/ i 13 0hod2/index.htm .

79. Щепинов, А. «ТехноПро» универсальный инструмент технолога / А. Щепинов, А. Лихачев // САПР и графика. - 2000. - № 9. С. 58-61.

80. BaseGroup Labs. Технологии анализа данных Электронный ресурс. — Режим доступа: http ://www.basegi-oup.ru/glossaiy/letters/rus/A/.

81. Список использованной литературы

82. Bhattacharyya, S. К. Applications of cyclotron-induced radioactivityin machinability tests / S. K. Bhattacharyya, S. K. Jetley, K. W. Wong // International Journal of Production Research. 1982. - Vol. 20, № 2. - P. 167-177.

83. Deiter, F. Messen auf Bearbeitungszentren / F. Deiter // Werkstatt + Betrieb. -2007.-№11.-P. 42-45.

84. Device for surface roughness measurement // European Tool and Mould making. 2007. - Vol. 9, № 6. - P. 47.

85. Formulating CAD/CAM modules for calculating the cutting conditions in machining / A.JI. Плотников и др. // Russian Engineering Research. — 2009. Vol. 29, № 5. - C. 512-517.

86. Gordon, L. Handling and measuring on one machine / L. Gordon // American Machinist. 2005. - Vol. 149, № 2. - P. 36-41.

87. Improved performance evaluation of tool condition identification by manufacturing loss consideration / J. Sun etc. // International Journal of Production Research. 2005. - Vol. 43, № 6. - P. 1185-1204.

88. Kumar, S. A. In-process tool wear monitoring through time series modelling and pattern recognition / S. A. Kumar, H. V. Ravindra, Y. G. Srinivasa // International Journal of Production Research. 1997. - Vol. 35, № 3. - P. 739751.

89. Moriwaki, T. Development of intelligent monitoring and optimization of cutting process for CNC turning / T. Moriwaki, S. Tangjitsitcharoen, T. Shiba-saka // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. 2006. - Vol. 78, №10.-P. 217-220.

90. Список использованной литературы

91. Obermair, F. WerkzeugverschleiB mobil messen und dokumentieren / F.Obermair // Werkstatt + Betrieb. 2008. - № 5. - P. 34-36.

92. Sampath, A. Tool health monitoring using acoustic emission / A. Sampath, S. Vajpayee // International Journal of Production Research. — 1987. -Vol. 25, №5.-P. 703-719.

93. Stanislao, Joseph A Method for Temperature Measurement in a Single-Point Cutting Tool / Joseph Stanislao, Charles F. James Jr., Marc H. Richman // HE Transactions. 1970. - Vol. 2, № 1. - P. 55-58.

94. Tool wear estimation by group method of data handling in turning / H. V. Ravindra etc. // International Journal of Production Research. 1994. - Vol. 32, №6.-P. 1295-1312.

95. Video-based measurement system // Modern Machine Shop. 2006. -Vol. 19, № 5. - P. 473-480.

96. Xiaoli, Li Real-time tool wear condition monitoring in turning / Li Xiaoli // International Journal of Production Research. 2001. - Vol. 39, № 5. - p. 981-992.