Разработка программного обеспечения для определения режимов резания при шлифовании

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 865(075)
В. А. Назарьева, А. Н. Васин, П.Ю. Бочкарев
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ
Рассматривается процесс разработки программного продукта для определения режимов резания при шлифовании. Показаны особенности определения режимов обработки в системе автоматизированного проектирования технологических процессов. Представлены алгоритм процедуры проектирования и соответствующие блок-схемы.
V.A. Nazarjeva, A.N. Vasin, P.J. Bochkarev CUTTING AT GRINDING DEFINITION MODES SOFTWARE DEVELOPMENT
In work process of development of software product — modes of cutting is submitted at grinding. Features of definition of modes of processing in system of the automated designing technological processes are shown in this article. The algorithm of procedure of designing and corresponding block diagrams is submitted here.
В основе процесса управления технологической подготовкой производства лежит анализ совокупности данных, характеризующих производство. Это, по сути, структурированный комплекс взаимосвязанных технических, экономических и организационных данных, предназначенный для представления в интерактивном режиме справочной и описательной информации о состоянии конкретной производственной системы. Поэтому в ряду особо важных проблем, связанных с эффективным функционированием производственной системы, стоят проблемы проектирования информационного обеспечения системы технологической подготовки производства. Эффективная работа производственной системы, заключающаяся в высоком качестве выпускаемых изделий, надежности функционирования системы, ресурсе её деятельности, оптимальных сроках исполнения, реакции реагирования на изменение производственной ситуации и др., напрямую связана с качеством подготовки информационного обеспечения системы ТПП. Поэтому, для предприятий, работающих над автоматизацией ТПП, одной из серьёзных проблем при разработке САПР ТП, является создание программного продукта, обеспечивающего определение таких важнейших составляющих операционного технологического процесса, как расчет потребной величины припуска на обработку и операционных технологических размеров, определение рациональных режимов резания на механическую обработку и расчет технически обоснованной нормы времени на операцию. Создание САПР ТП без любой из этих составляющих полностью теряет смысл.
Проектирование технологических операций является наиболее трудоемким этапом в системе планирования ТП. Алгоритм проектирования операционных ТП подробно описан в литературе [3, 4] и представляет собой довольно-таки сложную систему взаимосвязанных проектных процедур, ориентированных на возможность глубокой формализации проектных действий, обеспечивающих качественную разработку ТП. При этом одной из важнейших подсистем планирования технологических операций является подсистема, отвечающая за рациональный выбор режимов обработки внутри каждой
механообрабатывающей операции. Эта подсистема является стволовой, так как некорректная ее работа может привести к изготовлению некачественной и даже появлению дефектной продукции, а это ведет к сбою функционирования всей системы в целом. Поэтому разработка программного продукта, связанного с определением режимов резания при механообработке в системе САПР ТП, является весьма актуальной задачей.
Рассмотрим решение этой задачи на примере шлифования. Определение режимов резания заготовок при абразивной обработке шлифованием имеет целый ряд особенностей, затрудняющих автоматизацию этого процесса.
Основными и наиболее часто встречающимися способами шлифования являются
[1]:
1) наружное круглое (с продольной или осевой подачей- с поперечной подачей- бесцентровое) —
2) внутреннее (при вращающейся детали с продольной или поперечной подачами- бесцентровое- при неподвижной детали — планетарное) —
3) плоское (периферией- торцом круга) —
4) специальное (резьбовое, фасонное и т. д.).
Чаще всего процесс шлифования осуществляется посредством трех основных движений: вращения шлифовального круга, вращения или перемещения (кругового или возвратно-поступательного) детали и движения подачи, осуществляемого кругом или обрабатываемой деталью. Таким образом, к режимам резания, определяемым при обработке заготовок шлифованием, относятся — скорость вращения рабочего круга, скорость вращения обрабатываемой детали, глубина резания, продольная и поперечная подачи. Основной задачей, стоящей перед технологом при выборе режимов обработки, является назначение таких режимов, которые бы обеспечивали получение деталей заданной точности и качества при наименьших затратах труда. При решении этой задачи необходимо соблюдать некоторую последовательность действий. Например, при круглом шлифовании с продольной подачей, последовательность определения режимов следующая:
1) выбор скорости вращения детали-
2) выбор продольной подачи-
3) выбор поперечной подачи.
Такой порядок является не случайным. На стойкость шлифовального круга и мощность, потребную на резание, все подачи влияют примерно одинаково, а вот на температуру шлифования — по-разному [2]. С увеличением окружной скорости вращения обрабатываемой заготовки и величины продольной подачи сокращается время воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки источника тепла, что приводит к уменьшению температуры резания. С другой стороны, повышение частоты вращения обрабатываемой заготовки увеличивает воздействие таких негативных факторов, как возрастание центробежной силы и амплитуда вибраций. Именно поэтому, чтобы при обработке заготовок шлифованием обеспечить сохранность поверхностного слоя от прижогов, необходимо стремиться максимально повышать частоту вращения заготовки. Но с другой стороны, чрезмерное возрастание частоты вращения заготовки повышает колебания обрабатывающей системы СПИД и снижает, тем самым, точность и качество обработки. В связи с этим окружная скорость вращения заготовки задается диапазоном возможных значений.
При грубом шлифовании, в качестве ограничивающего фактора используется стойкость шлифовального круга, так как ограничения со стороны требований к получению определенных значений квалитета точности и шероховатости поверхности для этого вида обработки не существенны.
Получистовое и чистовое шлифование осуществляется в три этапа:
1) врезание-
2) установившийся процесс-
3) выхаживание.
Как показывают многочисленные теоретические и экспериментальные исследования [1, 2], режимы резания при чистовом и получистовом шлифования на этапе установившегося процесса снижаются при повышении требований к точности обработки (квалитету), с уменьшением величины припуска на обработку, а также при понижении жесткости технологической обрабатывающей системы. Существенное влияние на количественные показатели режимов шлифования оказывает также материал обрабатываемой заготовки.
В многочисленной технической литературе разные авторы предлагают различные методы и подходы к определению рациональных режимов обработки, но в основном предлагаемые методы можно разделить на две группы: нормативный и расчетноаналитический.
Нормативный метод заключается в определении режимов резания посредством использования множества таблиц, содержащих упорядоченную информацию о входных и выходных данных. Сложность этого метода заключается в необходимости занесения и хранения достаточно большого количества табличной информации. Кроме того, для каждого вида обработки имеется несколько таблиц, для нахождения информации по каждой из которых требуется разработка отдельного алгоритма. Множества входных данных для каждого вида обработки во многом отличаются друг от друга, что также создает свои сложности при разработке САПР. Преимущество же этого метода определения режимов резания состоит в относительной легкости поиска нужного значения при условии наличия всей необходимой исходной информации. В данном конкретном случае задача решается посредством SQL-запросов.
Расчетно-аналитический метод заключается в определении необходимых значений по формулам, устанавливающим однозначное соответствие между входными данными и искомым элементом режимов резания. В формулах участвуют также поправочные коэффициенты, зависящие от различных характеристик инструмента и материала обработки. Под входными данными подразумеваются условия обработки или режимы, определенные ранее. Особенность этого метода заключается в определении поправочных коэффициентов, для чего требуется хранение информации о соответствии значений этих коэффициентов характеристикам материалов инструмента и заготовки.
Рассмотрим автоматизацию задачи выбора режимов резания на примере абразивной обработки деталей типа «тело вращения» с использованием круглошлифовального, внутришлифовального и бесцентрово-шлифовального оборудования. При создании программного обеспечения для решения этой задачи были использованы оба метода определения режимов резания, приведенные выше.
Отдавая предпочтение тому или иному методу, принимались во внимание минимизация временных затрат, количество и разнообразие исходной информации, а также простота и наглядность решения.
Для всех видов шлифования при определении скорости резания и частоты вращения детали в качестве входных данных используются размеры заготовки: диаметр отверстия (при внутреннем шлифовании) и наружный диаметр обработки, длина шлифования, материал обрабатываемой заготовки. В некоторых случаях эти элементы режимов резания зависят еще и от показателя стойкости шлифовального круга. В таблицах, применяемых в нормативном методе, диаметры и длина, а также скорость резания и количество оборотов детали в минуту заданы в виде диапазонов значений. Для удобства использования при создании таблиц базы данных диапазоны были разделены на два поля, каждое из которых содержало пограничные значения диапазона. SQL-запрос проверяет включаемость соответствующего параметра реально обрабатываемой заготовки, для которой необходимо определить режимы, в описанный диапазон и, в соответствии с этим, выдает диапазон значений искомой величины. Для определения конкретного значения режима необходимо применить формулу линейной аппроксимации. Например, для определения частоты вращения детали при заданных значениях: для диаметра, входящего в диапазон значений [Диш- Дтах], возможные значения окружной
скорости вращения детали выбираются из диапазона [Кт-п- Ктах]. Формула определения конкретного значения скорости выглядит следующим образом:
'- V — V
'- тоу '- т*п
V = Vmin +
тт
V Д — Д
тах т
¦*(Д — Д™)
где Д — диаметр обрабатываемой заготовки- V — окружная скорость вращения заготовки.
При использовании нормативного метода для автоматизации определения режимов резания немаловажное значение имеет преобразование таблиц для более удобного хранения и использования их при работе с базой данных. При решении этой задачи необходимо по возможности избежать дублирования данных, а также обеспечить наиболее быстрый доступ к необходимой информации. Например, таблицу вида:
Таблица 1
разбиваем на три таблицы:
Таблица 2 Таблица 3 Таблица 4
Ю_й Ю1_ Б
1 1 Б11
1 2 Б21

п т Бпт
Ю_й й1 й2
1 Р1 й2
2 й2 й3

п Рп-1 Рп
Ю_Ь 1-_1 -_2
1 И -2
2 -2 -3

т -т-1 -т
Табл. 1 содержит возможные значения параметра Д, табл. 2 — параметра L. В табл. 3 содержатся значения искомого параметра ?, приведенные в соответствие со значениями диапазонов параметров Д и L посредством их идентификационных номеров 1Д_Д и Ю_Ь соответственно.
Далее, с помощью ?0^-запроса определяем 1Д_Д и Ю^, то есть номера диапазонов, содержащих заданные значения параметров Д и L. Затем по табл. 4 определяем искомое значение параметра ?.
Некоторыми особенностями обладает определение продольных и поперечных подач для разных видов шлифования. Эти особенности объясняются их взаимной зависимостью и неоднозначностью выбора. Например, при круглом наружном шлифовании с продольной подачей, от выбора последней зависит значение поперечной подачи на ход стола. В условиях отсутствия четко обозначенных рекомендаций по выбору продольной подачи, ее определение производится посредством генератора случайных чисел. Затем, воспользовавшись значением продольной подачи, определенным ранее значением окружной скорости вращения детали, а также диаметром шлифования, заданным в качестве исходной информации, получаем значение поперечной подачи на ход стола, которая связана с упомянутыми параметрами посредством таблицы.
В некоторых случаях нормативный метод оказывается достаточно трудоемким, в связи с тем, что таблицы по определению необходимых элементов режимов резания содержат большое количество информации и имеют сложную структуру. Таблица, в которой отражено взаимное соответствие сразу многих параметров, не может быть использована в исходном виде, а требует переработки, то есть разделения на систему взаимосвязанных таблиц. При этом, чем больше таблиц в такой системе, тем сложнее связи между ними. В таком случае, возможно, стоит рассмотреть вариант использования расчетно-аналитического метода для определения того режима, нахождение значения которого посредством нормативного метода представляется
более трудоемким. Однако трудоемкость эта может быть сглажена за счет комплексного подхода к решению задачи по определению режимов резания для абразивной обработки тел вращения в целом. Это объясняется аналогичностью табличных структур для разных видов шлифования. В таком случае, один раз продуманная и рационально созданная система локальных таблиц, соответствующая какому-либо, наиболее часто встречающемуся типу сложной многомерной таблицы, может быть использована для определения всего множества параметров, описанных подобным образом. Для каждого конкретного случая будет меняться лишь содержание таблиц, состоящее из конкретных значений используемых и искомого параметров. Например, при круглом наружном шлифовании продольная подача на оборот детали (& amp-) связана с определением поперечной подачи на ход стола (?& amp-), а ее место в аналогичной схеме определения подач при внутреннем шлифовании занимает поперечная подача на двойной ход стола (?йвх). В случае бесцентрового шлифования, в зависимости от вида подачи, требуется определить минутную продольную или поперечную подачи соответственно. При этом схема определения обеих подач одинакова, изменяются лишь входные параметры или значения параметров, влияющих на определение обеих подач. Ограничивающими параметрами в определении минутных подач при грубом шлифовании являются период стойкости круга и припуск на обработку, а при получистовом и чистовом шлифовании — скорость вращения детали, диаметр обработки и квалитет. С точки зрения автоматизации определения подач это не имеет никакого значения, важным является лишь структура таблиц, отражающих зависимости значений подач от влияющих на выбор этих значений параметров. Если таблица, содержащая достаточно большое количество параметров и имеющая сложную структуру, встречается лишь один раз, предпочтение все же стоит отдать расчетно-аналитическому методу, избежав таким образом лишних затрат времени и сократив объем базы данных.
/Требования к шероховатости получаемой поверхности (Ка), вспомогательная таблица для определения промежуточного индексного значения (ГО_Б), вспомогательная таблица для определения промежуточного индексного значения (Ш_У), диаметр шлифования (Од), скорость вращения детали (Уд), таблица соответствий продольной (Бо) и поперечной (Э1де х.) подач.
Рис. 1. Блок-схема определения продольной и поперечной подач при грубом круглом наружном шлифовании
Расчетно-аналитический метод легко запрограммировать, однако формулы по определению искомой величины содержат, кроме основных параметров, поправочные коэффициенты. Коэффициенты эти, как правило, определяются в зависимости от условий шлифования и сведений о заготовке и инструменте. Поиск значений коэффициентов не представляет трудности, но предполагает создание дополнительных структур в виде таблиц и массивов.
у'- Диаметр заготовки Бд, таблица зависимости скорости вращения детали от диаметра обработки, представленная диапазонами значений (Бп. Бп+1), / (Ут. Ут+1).
11= п+1
да *
и V В г* 1 ~~ А- -*{рд-Пя) /, т=п
Определение продольной и поперечной подачи
Рис. 2. Блок-схема определения режимов резания при круглом наружном чистовом шлифовании
Результатом проведенной работы является программный продукт, посредством которого можно определить значения режимов резания для абразивной обработки деталей типа «тело вращения» с использованием круглошлифовального, внутришлифовального и бесцентрово-шлифовального оборудования. Разработанное программное обеспечение сочетает в себе обоснованное рациональное сочетание обоих методов определения режимов резания: нормативного и расчетно-аналитического. При необходимости имеется возможность расширения и пополнения полученного программного продукта, приспосабливая его к возможности определения режимов резания для других видов шлифования. Для этого необходимо ввести соответствующие исходные данные и
применить к ним подходящую, из ранее описанных в программе, схему- в некоторых же случаях придется разрабатывать новую схему, с учетом возможности ее последующего многократного использования.
Представленные блок-схемы отражают структуры, наиболее часто встречающиеся при определении режимов резания на примере круглого наружного шлифования для грубого и чистового шлифования соответственно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ящерицын П. И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в
технологических системах: учеб. для вузов / П. И. Ящерицын, М. Л. Еременко,
Е. Э. Фельдштейн. Минск: Вышэйшая школа, 1990. 512 с.
2. Общемашиностроительные нормативы режимов резания и времени для технического нормирования работ на шлифовальных станках. Серийное производство. М.: Машгиз, 1962. 199 с.
3. Бочкарев П. Ю. Планирование технологических процессов в условиях
многономенклатурных механообрабатывающих систем. Теоретические основы разработки подсистем планирования маршрутов технологических операций: учеб. пособие /
П. Ю. Бочкарев, А. Н. Васин. Саратов: СГТУ, 2004. 136 с.
4. Бочкарев П. Ю. Планирование технологических процессов в условиях
многономенклатурных механообрабатывающих систем. Теоретические основы разработки подсистем планирования технологических операций: учеб. пособие / П. Ю. Бочкарев, А. Н. Васин. Саратов: СГТУ, 2004. 74 с.
Назарьева Виктория Алексеевна —
аспирант кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета
Васин Алексей Николаевич —
кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения»
Саратовского государственного технического университета
Бочкарев Петр Юрьевич —
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой