Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I СУЩЕСТВУЮЩИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ 9
1.1. Развитие программного управления формообразованием на станках с ЧПУ 9
Системы автоматического программирования обработки сложных поверхностей 11
Методы формирования траектории обработки сложных поверхностей 13
Возможности станков с ЧПУ по применению высокоскоростных методов обработки криволинейных поверхностей 20
Особенности программирования объёмной фрезерной обработки криволинейных поверхностей 25
Методы интерпретации кадров в системах ЧПУ __ ___ 37
Выводы _____ 45
Уточнение задач работы 47
ГЛАВА II ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНИМОСТИ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАДРОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ 48
Криволинейные поверхности, подвергающиеся механообработке на станках с ЧПУ 48
Анализ технологичности сложных поверхностей 50
Повышение производительности обработки криволинейных поверхностей 55
Влияние метода интерполяции на шероховатость получаемой поверхности 56
Влияние жёсткости технологической системы на шероховатость получаемых криволинейных поверхностей 58
Возможности узлов станка с ЧПУ по обработке криволинейных поверхностей 63
Влияние неравномерности подачи на период стойкости инструмента при обработке криволинейных поверхностей _ 7^
2.8. Выводы ______________________ „ 83
ГЛАВА III РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ
КАДРОВ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ 85
Выбор степени кривой 85
Разработка метода расчёта траектории с помощью кривых второго порядка 87
Анализ методов минимизации траєкторної, погрешности 95
Ограничения метода расчёта траектории, основанного на кривых второго порядка _97
Разработка метода расчёта траектории с помощью кривых третьего порядка __99
Выводы „__________„ ЮЗ
ГЛАВА IV ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ
МЕТОДОВ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КАДРА 105
Общее описание установки. 105
Общая структура программной части системы управления. Юб
Повышение производительности обработки криволинейных поверхностей за счёт увеличения скорости удаления материала 107
Повышение производительности обработки криволинейных поверхностей за счет снижения колебаний контурной скорости ПО
Постановка задачи ____ 40
Методика выполнения исследования 4 1
Сравнение машинного времени выполнения траектории для двух методов интерпретации кадра. 113
Обсуждение результатов эксперимента 119
Выводы 122
ГЛАВА V ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 131
4
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 143
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 152
Введение к работе
Интеграция российской экономики в мировой рынок выявила серьёзное отставание большинства отечественных предприятий по уровню производства и их неспособность конкурировать с зарубежными производителями. Одной из главных причин такого положения являлась неэффективность технологических процессов, которые не давали возможность обеспечить требуемое качество, объём и характеристики получаемой продукции, что приводило к дальнейшему падению производства.
В настоящее время эти проблемы по-прежнему актуальны. Основу российской экономики составляют не обрабатывающие, а добывающие отрасли промышленности. Зависимость доходов от мировой конъюнктуры делает экономику нестабильной, Общество и государственная власть осознали, что дальнейший рост экономических показателей, в том числе и ВВП, невозможен без развития наукоёмких технологий и их внедрения в производство для повышения его эффективности. В рамках этого предполагается уделять особое внимание обрабатывающей промышленности.
В наши дни изделия, ориентированные на конечного потребителя, приобретают всё более сложные дизайнерские формы, а применение новых технологий и материалов сделало их более доступными. До изобретения систем ЧПУ задача по изготовлению деталей, имеющих криволинейные формы, была сложной и трудоёмкой, требующей особых знаний и навыков. Универсальное механообрабатывающее оборудование обеспечивало только прямоугольное формообразование. Развитие систем ЧПУ позволило получать рентабельные изделия с криволинейными поверхностями не только в массовом, но и мелкосерийном и единичном производстве.
Несмотря на серьёзные достижения, до сих пор изготовление таких деталей очень трудоёмко и требует применения дорогостоящего оборудования, что серьёзно отражается на себестоимости получаемой
продукции.
Актуальность работы. Процесс получения криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ связан с расчётом траектории движения инструмента и с последующим её выполнением. Использующиеся в настоящее время методы интерпретации кадров управляющих программ не эффективны и используют морально устаревшие алгоритмы. В связи с тем, что при обработке криволинейных поверхностей, технологические средства повышения производительности имеют существенные ограничения, модернизация этих алгоритмов остаётся наиболее актуальным направлением повышения производительности.
Современные микропроцессорные системы ЧПУ позволяют решать сложные задачи при формообразовании криволинейных поверхностей. Они дают возможность использовать более совершенные методы описания траектории движения инструмента с помощью кривых, порядок которых выше чем первый.
Имеющиеся в литературе работы по разработке методов интерпретации кадров использующих кривые второго и третьего порядка, рассматривают только геометрические аспекты расчёта траектории движения инструмента и не учитывают возможности самого металлорежущего оборудования. При расчёте не учитывается влияние параметров траектории на режимы работы инструмента, приводов подач и качество получаемой поверхности. Данные об эффекте от замены метода интерпретации кадров по производительности обработки криволинейных поверхностей и улучшения её качества отсутствуют.
Целью работы является повышение производительности обработки криволинейных поверхностей, путём замены метода линейной интерпретации кадра на метод, использующий кривые более высокого порядка, чем первый, позволяющий соблюдать допустимый режим работы инструмента, оборудования и обеспечивать заданную точность обработки.
7 Для достижения указанной цели необходимо решить следующие
Определить параметры, ограничивающие криволинейную траекторию движения инструмента и учитывающие возможности механообрабатывающего оборудования и требования технологии.
Разработать метод интерпретации кадра с помощью кривых более высокого порядка, чем первый, учитывающий выявленные ограничения. Оптимизировать порядок и метод описания кривых, а также определить область их использования.
Разработать новый метод интерпретации кадра и применить его для модернизации существующей системы ЧПУ станка, применяемого для обработки криволинейных поверхностей.
Сравнить разработанный и традиционный методы интерпретации кадров по показателям производительности и качества получаемой криволинейной поверхности.
Научная новизна работы:
Реализован расчёт криволинейной траектории движения инструмента взамен геометрического по методу, учитывающему возможности оборудования и требования технологии.
Выявлены основные ограничения, которые необходимо учитывать при расчёте криволинейной траектории движения инструмента, а также их влияние на качество получаемых поверхностей и характер работы оборудования.
Разработан метод полиномиальной интерпретации кадра с помощью кривых второго и третьего порядка, учитывающий ограничения на максимальное поступательное ускорение рабочих органов станка, траєкторную погрешность и контурную скорость.
Обоснована целесообразная область и показана эффективность применения кривых второго порядка для интерпретации
8 управляющих программ 3-х координатной объёмной обработки. Это позволило получить непрерывную траекторию, не имеющую разрывов по скорости и обеспечивающую оптимальную производительность. Практическая ценность работы:
Разработанные методы расчёта и алгоритмы использованы для создания программного обеспечения системы ЧПУ вертикально-фрезерного станка с шаговыми приводами подач. Разработанная система ЧПУ может быть использована для управления широким спектром станков с этим типом приводов.
