Моделювання та дослідження параметрів різання конструкційних матеріалів

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РІЗАННЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Розглядаються питання створення методики обробки експериментальних даних з метою отримання математичних моделей вихідних параметрів процесів різання та занесення їх в базу знань. Наведено використання отриманих математичних моделей при визначенні оброблюваності конструктивних матеріалів та оптимізації режимів різання за різноманітними критеріями.

Вступ

Найважливішою проблемою сучасного виробництва є підвищення його рентабельності, під якою розуміють сукупність техніко-економічних показників, що характеризують загальну ефективність організації даного виробництва [1].

Домогтися значного збільшення рентабельності в діяльності конкретного підприємства можна шляхом скорочення трудовитрат і термінів проведення проектних робіт, пов'язаних із технологічною підготовкою виробництва нової і модернізації існуючої продукції, а також науково обґрунтованим вибором найбільш раціональних технологічних умов здійснення операцій механічної обробки цієї продукції.

Обидві задачі можуть бути одночасно вирішені при використанні сучасних систем автоматизованого проектування технологічних процесів. Основою САПР ТП є її математичне забезпечення, що являє сукупність математичних методів, моделей і алгоритмів, необхідних для виконання автоматизованого проектування. Тому якість математичного забезпечення аналізованої системи автоматизованого проектування визначає працездатність і результативність практичного використання даної системи.

У наш час основні труднощі, що виникають при створенні САПР ТП, пов'язані з тим, що задачі технологічної підготовки виробництва або недостатньо формалізовані, або формалізовані на основі використання застарілих емпіричних формул і таблиць, що мають низький рівень вірогідності і не охоплюють усієї сукупності різних техніко-технологічних умов реального виробництва.

Питання математичного моделювання технологічних параметрів процесу різання матеріалів та створення САПР ТП на цій основі знайшли відображення в роботах Б.Є. Челіщева, Г.К. Горянського, В.Д. Цвєткова, Н.М. Капустіна, В.В. Павлова та інших. У роботах В.Ф.Без'язичного [1], С.В. Грубого [2,3] теж розглянуті проблеми математичного моделювання та оптимізації параметрів механічної обробки деталей машинобудування. Але в цих роботах та інших авторів мало уваги приділяється економному проведенню експериментальних досліджень, спрощенню їх проведення, одночасному отриманню математичних моделей вихідних показників процесу різання та комплексному дослідженню конструктивних матеріалів, що складається з визначення їх оброблюваності, та оптимізації режимів різання.

Поставлення задачі

Використання ЕОМ для розв'язання задач технологічного проектування висуває на перший план проблему розроблення математичних моделей технологічних процесів. Важливе значення має математичне моделювання в зв'язку з сучасними тенденціями оптимізації технологічних процесів на стадії проектування. Тому виникає необхідність створення методики встановлення математичних моделей окремих параметрів процесу механічної обробки, які максимально б враховували реальні умови виробництва і були б придатні для використання в САПР ТП, і спеціальної системи розрахунку режимів різання та нормування технологічних операцій. Тому в даній роботі розглядаються питання створення методики обробки результатів експериментальних досліджень з метою отримання математичних моделей процесу різання, створення бази знань на їх основі та дослідження технологічних параметрів конструкційних матеріалів.

Розроблення методики отримання математичних моделей та автоматизованого дослідження параметрів оброблюваних матеріалів.

Для реалізації поставленої задачі створений автоматизований стенд для проведення експериментальних досліджень процесів обробки конструкційних матеріалів різанням. Опис розробленого стенда наведений в [4], а послідовність дій з визначення технологічних параметрів конструкційних та інструментальних матеріалів - у [5,6].

Результати проведення експериментальних досліджень, що здійснюються за допомогою розробленого стенда, записуються в пам'ять ЕОМ. Для обробки масивів цієї інформації з метою отримання адекватних математичних моделей вихідних характеристик процесів різання, що заносяться в спеціальну базу знань, та визначення оброблюваності конструкційних матеріалів за різноманітними показниками для реальних умов обробки створено спеціальне математичне забезпечення системи. Програмна реалізація роботи цієї системи виконана на алгоритмічній мові Delphi. Цей пакет програм, крім зазначених функцій, дозволяє розв'язувати оптимізаційні задачі, математичні моделі яких автоматично формуються з математичних моделей окремих параметрів, що вибираються із бази знань для конкретного матеріалу. Технолог має можливість вибрати критерій оптимальності та ввести реальні умови процесу різання та обмеження, що визначають область допустимих рішень.

Послідовність дій зі створення математичних моделей, занесення їх в базу знань та використання цих моделей при розв'язанні різноманітних задач технологічної підготовки виробництва покажемо за допомогою екранних форм. Спочатку формується початкова інформація, що отримана в результаті проведення короткочасних експериментальних досліджень за довільним планом. Тут зазначають назви оброблювального та інструментального матеріалів, їх параметри, умови проведення експериментальних досліджень, а також результати вимірів для кожного з дослідів. Після введення даних експериментальних досліджень та їх редагування здійснюються розрахунок коефіцієнтів математичних моделей вихідних показників процесу різання та їх занесення в базу знань. Віконна форма, за допомогою якої виконуються зазначені дії, наведена на рисунку 1.

На наступному етапі роботи системи здійснюється вибір виду обробки. Це здійснюється за допомогою перемикача екранної форми, що показана на рисунку 2.

Далі виконуються дії з визначення вихідних параметрів для вибраного процесу різання (рисунок 3). Для цього у верхньому вікні екранної форми зазначають оброблювальний та інструментальний матеріали, за назвами яких із бази знань вибираються відповідні матеріалам математичні моделі за кожним вихідним показником процесу різання. Зазначивши у визначеному вікні представленої на рисунку 3 віконної форми реальні умови обробки - швидкість різання, подачу, глибину різання та час обробки - отримаємо значення вихідного показника процесу різання.

Розв'язання задачі визначення відносної оброблюваності конструкційного матеріалу здійснюється за допомогою екранної форми, що показана на рисунку 4. Для цього зазначається досліджуваний матеріал та вибирається еталонний матеріал, відносно якого буде виконуватися порівняння. Далі зазначаються умови порівняння цих матеріалів, а саме: швидкість різання, подача, глибина та час різання. Для об'єктивності оцінки оброблюваності матеріалу визначається відносне її значення за багатьма частковими показниками одночасно. Так, при виконанні токарних операцій це буде сім показників - складові сили різання, похибка обробки, шорсткість обробленої поверхні, величина зношення різального інструменту та інтенсивність його зношення. Крім того, можна визначити комплексний показник оброблюваності, що враховує всі часткові показники. При цьому треба ввести вагові коефіцієнти кожного показника, які визначаються на основі опитування експертів про важливість того чи іншого показника. Потім, натиснувши на кнопку „Рассчитать коэффициенты”, отримаємо у відповідних вікнах форми значення часткових та комплексного показників оброблюваності, які визначаються на основі вибраних із бази знань математичних моделей для досліджуваного та еталонного.

Розв'язання задачі оптимізації режимів різання здійснюється згідно з екранною формою, що дана на рисунку 5. Тут спочатку вбирається критерій оптимальності та зазначаються значення обмежень, що визначають область допустимих рішень задачі. Результати розрахунків, а саме: оптимальні значення швидкості різання, подачі та глибини різання- подаються у відповідних вікнах наведеної форми.

Висновки

Запропонована методика математичного моделювання та дослідження технологічних параметрів обробки різанням конструкційних матеріалів дозволяє:

- скоротити терміни технологічної підготовки виробництва;

- підвищити техніко-економічну ефективність і рентабельність приладобудівного виробництва за рахунок зниження собівартості різних процесів механообробки і підвищення продуктивності праці в ході виконання цих процесів;

- підвищити точність обробки і характеристики якості поверхневого шару виготовленої продукції;

- скоротити витрати дорогих різальних інструментів та витрати конструкційних матеріалів на експериментальні дослідження тощо.

Систему автоматизованого дослідження технологічних параметрів конструкційних матеріалів у перспективі можна використовувати автономно та в складі автоматизованої системи проектування технологічних процесів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Безъязычный В.Ф. Автоматизированная система назначения технологических условий механической обработки деталей общего машиностроения: Справочник // Инженерный журнал. _ №2. _ 2001. _ С. 29 - 33.

2. Грубый С.В. Многофакторная аппроксимация полиномиальными моделями экспериментальных зависимостей резания металлов //Вестник машиностроения. _ 2000. _ №9. _ С. 29-35.

3. Грубый С.В. Оптимизация режимных параметров на операциях механической обработки //Технология метал лов. _ 2002. _ №11. _ С. 33-37.

4. Вислоух С.П., Засименко О.В., Пилипенко А.М. Спосіб дослідження оброблюваності матеріалів різанням. Патент України №67679. Бюл.№6, 2004.

5. Выслоух С.П. Определение технологических параметров новых инструментальных материалов //Сверхтвердые материалы. - 2001. _ №5. _ С. 65 - 69.

6. Вислоух С.П., Матявін С.П. Автоматизоване визначення технологічних параметрів конструкційних матеріалів //Вісник НТУУ ”КПІ”. Приладобудування. - Вип. 24. _ 2002. _ С. 105 - 112.