Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Программная система автоматизированного выбора режимов механической обработки тонкостенных деталей
24 января 2018             

Авторы: А.Д. ЖАРГАЛОВА1, ст. преподаватель П.А. ЕРЕМЕЙКИН2 , аспирант (1МГТУим. Баумана, г. Москва, 2ИМАШРАН, г. Москва)
ЖаргаловаА.Д. -105005, г. Москва, ул. 2-яБауманская, д. 5, стр. 1, МосковскийгосударственныйтехническийуниверситетимениН.Э. Баумана, e-mail: azhargalova@bmstu.ru
 

Введение

 
Современная промышленность на пути своего развития сталкивается с проблемой обеспечения высокого качества продукции в условиях жестких ограничений. Значительное влияние на качество готового изделия оказывает точность выполнения заданных геометрических параметров. Известно, что существует ряд факторов, препятствующих достижению размеров, определенных конструкторской документацией. К таким факторам относят, например, погрешности станка, приспособлений, погрешности закрепления детали, износ инструмента, неоднородности обрабатываемого материала[1]. В ряде отраслей производства, таких как энергомашиностроение и авиационная промышленность, в силу особенностей конфигурации изделий на первый план выходят погрешности, связанные с деформацией заготовки в процессе изготовления[2].
 
Известно несколько технологических приемов, позволяющих снизить влияние деформаций детали на достигаемое качество: применение технологического заполнителя, закрепление в сырых кулачках или разжимной оправке[3]. С развитием аддитивных технологий открывается перспектива их применения для решения рассматриваемой проблемы. Однако, на данном этапе аддитивные технологии ещё не отвечают требованиям для их широкого внедрения в машиностроении. Например, существенными недостатками аддитивного способа являются: высокая шероховатость поверхности детали, нестабильность качества и структуры детали, остаточные напряжения[4].
 
Таким образом, в настоящее время для решения проблемы податливости заготовки подбирают наиболее подходящую для заданных условий совокупность рассмотренных мер. Недостатки технологического процесса по возможности устраняют после изготовления пробных партий деталей, что ведет к повышению затрат и увеличению времени выполнения заказов[5]. В данной статье предлагается рассмотреть новый способ обеспечения качества при разработке технологических процессов изготовления нежестких деталей.
 
Предлагаемый подход уделяет основное внимание назначению режимов обработки и закрепления заготовки. Назначение рациональных("мягких") режимов резания позволяет управлять технологической деформацией и ограничивать её в допустимых пределах[6]. Как продемонстрировано[7], широкие возможности современных систем инженерного анализа(CAE - Computer-aided engineering) позволяют определить величину отклонения профиля заготовки от номинального без необходимости проведения экспериментов. Функционал инженерных программных комплексов с открытым интерфейсом взаимодействия может быть использован в системе поддержки принятия решения. Такая система с дружелюбным пользовательским интерфейсом позволит сократить трудоемкость применения метода "мягких" режимов резания. В статье рассмотрены основные вопросы разработки системы.


Методика исследования

 
На практике перед технологами возникают задачи изготовления деталей различной конфигурации. Часто каждая технологическая задача обладает определенной спецификой, которую невозможно учесть заранее при разработке программного продукта. В связи с этим изначально структура программы была спланирована таким образом, чтобы позволить её расширение подключаемыми модулями.
 
На рисунке 1 показан эскиз обработки тонкостенной заготовки. В процессе точения заготовка деформируется под действием сил закрепления Fк и сил резания(рисунок 1а). Также в деформацию детали вносят вклад тепловые процессы, которые в статье не рассматриваются. Обработка деформированной детали приводит к значительному отклонению от заданных размеров Δ, вызванному не равномерным снятием припуска(рисунок 1б).
 
Программная система автоматизированного выбора режимов механической обработки тонкостенных деталей
Рис. 1. Эскиз точения тонкостенной детали
 
Разработанная система позволяет произвести моделирование процесса резания и определить возникающие отклонения, благодаря чему технолог получает информацию о допустимости обработки при заданных режимах. Моделирование осуществляется при использовании метода конечных элементов(МКЭ) [8], реализованного в программном продукте Abaqus. Технически система поддержки принятия решения представляет собой Java программу, основанную на платформе NetBeans Platform. NetBeans Platform представляет собой совокупность библиотек, классов и реализаций шаблонов проектирования, предназначенных для решения самых разнообразных задач, возникающих при программировании сложных систем[9]. Существенным доводом в пользу применения NetBeans платформы является продуманная модульная инфраструктура. Модуль может быть загружен в уже готовую систему без необходимости её перекомпиляции[10]. Таким образом может быть осуществлена доработка системы под технологические задачи конкретного производства с учетом их особенностей.
 
В состав системы поддержки входят 5 основных модулей, выделенных по функциональному признаку:
  1. Модуль расчета режимов резания.
  2. Загрузчик моделей.
  3. Графический редактор параметров.
  4. Модуль взаимодействия с CAE системой.
  5. Модуль визуализации и построения отчетов.
 
Модуль расчета режимов резания предназначен для первичного определения режимов резания по стандартным таблично-аналитическим методикам[11]. Результаты расчета, полученные в данном модуле могут быть использованы как исходная оценка для итерационного определения рациональных режимов.
 
Особенность реализации данного модуля заключается в применении механизма продукционного вывода. При анализе литературы, посвященной расчету режимов резания [11, 12], было выявлено, что традиционные методики ориентированы на применение человеком, и их формализация затруднена большим числом не явных зависимостей. Для решения задач такого рода хорошо зарекомендовали себя экспертные системы, основанные на продукционных правилах[13]. Java библиотекаDrools [14] предлагает разработчикам необходимый функционал для работы сознаниями, представленными в виде продукционных правил. Продукционное правило в нотации библиотеки записывается в следующем виде:
  1. rule "name"
  2. attributes
  3. when
  4. LHS
  5. then
  6. RHS
  7. end
Первая строка служит для присвоения правилу имени, следующая строка содержит атрибуты, модифицирующие поведение правила(подробнее см. [15]) Ключевые слова whenи then маркируют антецедентиконсеквент правила. При помощи таких правил таблично-аналитическая методика была реализована в программном коде.
 
Функция загрузчика моделей-чтение файла, содержащего описание расчетного случая. Расчетный случай описывается в 3 аспектах: параметризованный сценарий, список параметров и база данных табличных коэффициентов и значений физических величин. Параметризованный сценарий, написанный на языке программирования Python, используется для построения МКЭ модели внутри CAE системы. Все параметры сценария должны быть описаны в соответствующей секции. К такому описанию относится, например, информация о названии и предназначении параметра, его зависимости от других параметров. База данных служит для получения значения табличных параметров. Например, для работы CAE системынеобходимоуказатьмодульупругостиматериала. Однако пользователь не обязан помнить его значение для выбранного материала и вводить вручную. Вместо этого(если для параметра "модуль упругости" выставлена соответствующая зависимость) система поддержки автоматически загрузит необходимое значение из базы данных.
 
Графический редактор параметров служит для обеспечения пользовательского ввода. В окне этого модуля(изображен он на рисунке 2) выведены все группы параметров, которые доступны для редактирования или определяются автоматически. Заданные значения параметров совместно с исполняемым сценарием передаются посредством интерфейса командной строки CLI (Command Line Interface) в систему Abaqus, которая вычисляет значение узловых перемещений. При этом за запуск внешнего процесса и взаимодействие с ним отвечает отдельный модуль, который инкапсулирует характерные для Abaqus особенности. Замена этого модуля теоретически позволяет адаптировать системук использованию другого комплекса инженерных расчетов, например, ANSYS.
 
Результаты вычислений, полученныеCAE системой, в соответствии с принятыми соглашениям должны сохраняться в файлы определенного формата. Эти файлы могут быть загружены в модуль визуализации и построения отчетов. Таким образом пользователю предлагается проанализировать графики отклонения профиля от идеального и принять решение о изменении режимов резания или их утверждении. Во втором случае пользователь имеет возможность сохранить отчет с указанием значений всех заданных параметров и результатами моделирования(например, в отчет могут быть включены поля перемещений/напряжений).


Результаты и обсуждение

 
На рисунке 2 показан графический интерфейс системы поддержки принятия решения. Верхнюю левую область занимает окно редактора параметров, ниже которого находится окно вывода графической информации.
 
 
Программная система автоматизированного выбора режимов механической обработки тонкостенных деталей
Рис. 2. Графический интерфейс пользователя
 
 
В верхней правой части находится окно просмотра геометрии детали. Четвертое открытое окно, изображенное на рисунке, служит для текстового вывода вспомогательных и отладочных сообщений а также сообщений CAE системы.
 
Разработанная программа позволяет спрогнозировать деформации тонкостенных деталей и тем самым упростить задачу подбора"мягких" режимов резания. Однако, эффективность программы может быть повышена при реализации модуля автоматической многокритериальной оптимизации, который в настоящий момент непредставлен в системе. Также дальнейшие исследования необходимо сконцентрировать на усовершенствовании методов моделирования процесса резания. Например, пробная модель не учитывает тепловые процессы, которые также оказывают существенное влияние на деформацию тонкостенной детали.
 

Выводы

 
Интегрированная система поддержки принятия решений представляет собой новый инструмент для эффективного внедрения метода "мягких" режимов резания. Модульная архитектура позволяет адаптировать систему под конкретные технологические задачи и расширять её возможности необходимыми функциями. При работе над системой выявлены трудности, которые могут возникнуть в процессе разработки прикладных программ в области металлообработки, а также приведены их решения с использованием современных программных библиотек. Предложенгибкийподходпрограммнойреализациитаблично- аналитической методики расчета, основанный на продукционном выводе. Описан способ расчета деформаций по МКЭ модели с использованием функционала внешних CAE систем.
 
Разработанная система прошла процедуру государственной регистрации программы для ЭВМ. Свидетельству о регистрации присвоен №2016663071.
 
Список литературы
  1. Технология машиностроения: В2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения/ под общ. ред. А.М. Дальского. -М.: Изд-воМГТУ, 1999. -370 с.
  2. Shamsuddin K.A., Ab-Kadir A.R., Osman M.H. A comparison of milling cutting path strategies for thin-walled aluminium alloys fabrication // The International Journal of Engineering and Science. -2013. -Vol. 2, iss. 3. -P. 01-08.
  3. Кузнецов Ю.И., Мослов А.Р., Бойков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: справочник. -М.: Машиностроение, 1990. -512 с.
  4. Machining of thin-walled parts produced by additive manufacturing technologies / A. Isaev, V. Grechishnikov, P. Pivkin, M. Kozochkin, Y. Ilyuhin, A. Vorotnikov // Procedia CIRP. - 2016. -№ 4.
  5. Milling error prediction and compensation in machining of low-rigidity parts / S. Ratchev, S. Liu, W. Huang, A.A. Becker // International Journal of Machine Tools & Manufacture. -2004. -№ 6.
  6. К вопросу о деформации тонкостенных деталей при обработке на станках токарной группы/ Е.В. Арбузов, А.Д. Жаргалова, Г.П. Лазаренко, В.И. Семисалов// Наукаи образование. -2014. -№2.
  7. Метод определения условий механической обработки тонкостенных деталей/ С.C. Гаврюшин, А.Д. Жаргалова, Г.П. Лазаренко, В.И. Семисалов// Известия высших учебных заведений. Машиностроение. -2015. -№1. -C. 53-60.
  8. Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализ элементов конструкций машин и приборов. -М.: Изд-во МГТУим. Н.Э. Баумана, 2014. -479 с.
  9. Bцck H. The definitive guide to NetBeans Platform 7. -New York: Apress, 2012. -558 p.
  10. NetBeans Platform learning trail // NetBeans. -2016. -URL: https://netbeans.org/features/platform/all-docs.html (accessed: 28.02.2017).
  11. Справочник технолога машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. -4-е изд. -М.: Машиностроение, 1986. -418 с.
  12. Справочник технолога-машиностроителя. В2 т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. -5-е изд., перераб. и доп. -М.:Машиностроение-1, 2001. -912 с.
  13. ГавриловаТ.А., ХорошевскийВ.Ф. Базызнанийинтеллектуальныхсистем. -СПб.: Питер, 2000. -384 с.
  14. Amador L. Drools developer's cookbook. -Gardners Books, 2012. -312 p.
  15. Drools documentation // JBossDeveloper. -2016. -URL: http://docs.jboss.org/drools/release/6.4.0.Final/drools-docs/html/ (accessed: 28.02.2017).

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 1. 2017 Инновационные технологии в машиностроении

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru