Введение к работе
Актуальность темы. В условиях растущей конкуренции на рынке товаров, сокращение времени подготовки производства и повышение производительности обработки позволяют эффективно реагировать на изменения экономической ситуации.
Наиболее распространенными видами формообразующей модельной оснастки, к которым предъявляются повышенные требования к качеству поверхностей, занимают пуансоны и матрицы штампов, мастер-модели для точного литья, электроды для электроэрозионной обработки штампов. Такие изделия имеют сложнопрофильные поверхности, обработка которых не может быть осуществлена стандартными инструментами, особенно для малогабаритной формообразующей модельной оснастки. Данные особенности определяют необходимость использования специального мелкоразмерного инструмента.
Однако в настоящее время практически отсутствуют научно обоснованные методы назначения режимов резания при обработке формообразующих поверхностей мелкоразмерным инструментом на станках с числовым программным управлением, что приводит к нерациональному назначению параметров обработки и, как следствие, снижению качества и производительности процесса обработки. Поэтому повышение эффективности обработки сложнопрофильных поверхностей мелкоразмерным инструментом является актуальной задачей.
Кроме того, в современных системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) выбор технологических параметров процесса обработки, таких как значение подачи, шаг смещения между проходами, а также оптимальный выбор геометрии инструмента практически не автоматизирован. Имеющиеся методы контроля процесса обработки и прогнозирования качества на стадии технологической подготовки производства изделий с поверхностями сложного профиля ограничиваются визуализацией процесса резания, что позволяет лишь приближенно оценить качество обработанных поверхностей на 3D-модели изделия.
В этой связи, исследование процессов мелкоразмерной обработки, определение эффективных режимов резания, технологических параметров, методов прогнозирования качества и повышение производительности обработки является актуальной задачей современного машиностроения.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности обработки формообразующей модельной оснастки сложного профиля мелкоразмерным инструментом в условиях автоматизированного производства.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
-
Определить режимы резания при обработке мелкоразмерным инструментом на станках с ЧПУ с учетом требований к качеству микрорельфа обрабатываемых поверхностей на основе исследования механизмов формообразования поверхностей мелкоразмерным инструментом.
-
Разработать средства диагностики силовых характеристик процессов мелкоразмерной обработки.
-
Разработать алгоритмы коррекции управляющих программ для снижения неравномерности сил резания, учитывающие особенности обработки мастер-моделей и разработать автоматизированную систему принятия технологических решений для обработки формообразующей модельной оснастки мелкоразмерным инструментом.
Методы исследования. Исследования выполнены с использованием основных положений теории формообразования, технологии машиностроения, теории принятия решений, системного анализа, теории нейронных сетей, методов статистического анализа, методов геометрического моделирования.
Достоверность результатов. Достоверность подтверждена результатами моделирования и расчетов на основе данных, полученных на современном технологическом оборудовании, а также удовлетворительной сходимостью параметров экспериментально полученных результатов и результатов моделирования. В работе приведен достаточный согласно статистическим методам объем экспериментальных данных.
Научная новизна.
-
Установлены взаимосвязи между геометрическими характеристиками мелкоразмерного инструмента с формой и величиной возникающих микронеровностей профиля обрабатываемых поверхностей. Разработана математическая модель формирования качества микрорельефа поверхностей формообразующей модельной оснастки, учитывающая данные о технологических параметрах процесса обработки: радиуса и траектории движения инструмента, геометрии обрабатываемой поверхности.
-
Разработан алгоритм назначения режимов резания мелкоразмерным инструментом для полиметилметакрилата с учетом требований к микрорельефу обработанных поверхностей, обеспечивающий сокращение времени обработки, предложена методика выбора геометрических характеристик инструмента с использованием методов теории нейронных сетей.
-
Разработано и изготовлено устройство для измерения силовых характеристик процессов мелкоразмерной обработки на многокоординатных гравировально-фрезерных станках. Получен патент на изобретение №2397856.
Практическая ценность от реализации результатов работы.
-
Установлены зависимости между технологическими параметрами обработки и качеством обрабатываемых поверхностей, позволяющие оптимизировать режимы обработки мелкоразмерным инструментом.
-
Экспериментально подтверждена зависимость между параметрами, описывающими геометрические характеристики мелкоразмерного инструмента с формой и величиной возникающих микронеровностей профиля.
-
Разработано устройство для диагностики силовых характеристик процессов мелкоразмерной обработки для трехкоординатного гравировально-фрезерного станка.
-
Разработана автоматизированная система принятия технологических решений для обработки поверхностей сложного профиля с использованием методов теории нейронных сетей, которая может быть использована на стадии технологической подготовки производства формообразующей модельной оснастки.
Апробация работы. Научные и практические результаты по различным разделам диссертации докладывались и обсуждались на всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока» (Комсомольск-на-Амуре, 2007 г.); на третьей международной конференции «Manufacturing engineering. Kallithea of Chalkidiki» (Greece, 2008 г.); на шестой международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008 г.); на IV международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2008 г.); на международной научно-технической конференции «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов» (Комсомольск-на-Амуре, 2009 г.); на Joint China-Russia symposium on «advanced materials processing technology» (Harbin, 2008, 2010); на Russia-China Symposium «Modern materials and technologies» (Khabarovsk, 2009).
Выполненные в работе теоретические и методические разработки отражены в отчетах о НИР «Разработка компьютерных объёмных моделей, технологий металлообработки, лазерной гравировки и технологии литья для учебных практикумов по специальностям ТМ, ТХОМ и ЛП» (2008 г.), «Разработка теории управления системами со сложными иерархическими структурами логико-динамического класса» (2006-2009 гг.), а также в отчете по теме «Разработка автоматизированной системы поддержки принятия технологических решений при обработке формообразующей оснастки мелкоразмерным инструментом» в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК, получен один патент РФ на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 76 рисунков, список литературы из 75 наименований.
