Введение к работе
Актуальность проблемы. Профилирование (определение профиля) является наиболее сложным, трудоемким и ответственным этапом проектирования фасонных металлорежущих инструментов (фрез, резцов, шлифовальных кругов и т.д.). так как точность этих инструментов непосредственно влияет на точность обрабатываемых изделий. Одной из наиболее сложных проблем является профилирование инструментов для обработки винтовых поверхностей, широко использующихся в конструкциях режущих инструментов и деталей машин. Сложность проблемы вызвала большое многообразие существующих методов профилирования.
Большое влияние на применение и развитие методов профилирования оказало появление электронно-вычислительной техники. На смену неточным и трудоемким графическим и графоаналитическим методам пришли значительно более точные аналитические методы, поскольку применение ЭВМ позволило автоматизировать решение сложных математических уравнений, сопровождающих эти методы.
Дальнейшее развитие вычислительной техники и массовое применение персональных компьютеров, с одной стороны, и необходимость совершенствования методов автоматизированного проектирования режущих инструментов, с другой - привели к появлению нового направленій - компьютерного профилирования, которое, являясь наиболее производительным процессом профилирования, вообще не может выполняться без использования компьютера.
Разработка рациональных методов и алгоритмов компьютерного профилирования фасонных режущих инструментов является научной проблемой в области инструментального производства, актуальность решения которой в настоящее время обусловлена необходимостью полной автоматизации проектирования режущих инструментов.
Цель работы. Целью данной работы является упрощение и полная автоматизация профилирования фасонных режущих инструментов для обработки сложнопрофильных и винтовых поверхностей различных изделий, обеспечение доступности методов компьютерного профилирования для инженеров инструментальных производств машиностроительных предприятий.
Поставленная цель, по мнению автора, может быть достигнута за счет:
разработки теоретических положений и алгоритмов компьютерного описания профилей изделия и инструмента;
алгоритмизации всех этапов процесса компьютерного профилирования и разработки программного обеспечения для его практической реализации от чертежа изделия до технологического профиля инструмента.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
в определении профиля инструмента при дискретном задании профиля изделия по расстояниям между осью инструмента и скрещивающимися с ней в пространстве нормалями, восстановленными в точках профиля поверхности изделия, на основе использования итерационного алгоритма вычислений;
в автоматическом описании профиля поверхности изделия в виде пространственной совокупности нормалей по заданным участкам профиля;
в выявлении картины расположения нормалей к винтовой поверхности изделия относительно оси инструмента;
в установлении рациональности профилирования винтовых стружечных канавок концевых фрез и подобных инструментов по нормальному сечению.
Методика исследований и разработки методов расчета основана на многократных численных экспериментах и графическом экранном моделировании основных этапов процесса компьютерного профилирования.
Практическая полезность работы заключается в реализации выполненных теоретических разработок, направленных на снижение трудоемкости и сложности компьютерного профилирования фасонных режущих инструментов, в виде:
- алгоритмов всех элементов комплекса разработанных
методов компьютерного профилирования фасонных режущих
инструментов, которые являются основой компьютерных программ
профилирования самых разнообразных сложнорежущих
инструментов;
- базовых рабочих программ для персональных компьютеров,
обеспечивающих полную автоматизацию профилирования
дисковых режущих инструментов для обработки винтовых
стружечных канавок фрез и спиральных сверл, винтовых канавок
любого трехэлементного профиля, а также дискретного
профилирования круглых фасонных резцов; программы
определения угла скрещивания осей цилиндрического инструмента
и винтовой поверхности изделия, имеющих одинаковые
прямолинейные образующие;
- программных модулей, обеспечивающих дискретизацию
профиля и его визуализацию, конвертирование параметров
профиля, итерационный поиск общих нормалей и др., которые
могут использоваться самостоятельно в самых разнообразных
программах, а также для исследовательских и демонстрационных
целей.
Простота принципа итераций, положенного в основу методов профилирования, использование языка Бейсик (версии для IBM PC) для разработки программ, сравнительно небольшая длина последних, возможность корректировок и адаптации - делают эти программы легкодоступными для практического использования непосредственно инженерами-инструментальщиками, начиная с техбюро инструментальных цехов машиностроительных предприятий, а также в учебном процессе машиностроительных вузов на основе разработанного учебного пособия.
Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты работы:
опубликованы в 21 печатном труде, из которых 17 издано в центральной печати России и США;
подтверждены практикой изготовления винтовых пуансонов прессформ для изготовления винтовых твердосплавных пластин и комбинированных расточных инструментов с винтовыми зубьями, имеющими прямолинейные образующие в осевом сечении, в организации п/я 1000 (НИТИ) б. Министерства общего машиностроения СССР;
рассматривались на ученом совете СТАНКИНА и, по мере выполнения, на заседаниях кафедры "Инструментальная техника и компьютерное моделирование" . Московского технологического университета "Станкин", где 17 февраля 1997 г. работа была рассмотрена в целом и рекомендована к защите;
использованы при выполнении 9 инженерных дипломных проектов, принятых ГЭКом.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, основных выводов, приложения, содержащего листинги компьютерных программ, и списка литературы из 104 наименований. Общий объем работы - 435 страниц, из которых 296 страниц машинописного текста, 133 рисунка, 2 таблицы.