Повышение точности механообработки на основе совместного численного геометрического и физического моделирования

Аннотация

Мотивация нового исследования. Технологическая подготовка современного машиностроительного производства базируется на CAD/CAM/CAE/CAPP-системах. В CAD/CAMсистемах моделирование деталей и обработки на станках с ЧПУ производится в идеализированной
постановке: используются гладкие поверхности, линейные кромки и точечные вершины взаимодействующих тел; не учитываются упругие и тепловые деформации заготовок, а также износ инструментов. Как следствие, получаемые моделированием детали зачастую существенно отличаются от реальных, получаемых на станках. В существующих научных публикациях приводятся численные расчеты
напряженно-деформированного состояния идеализированных инструментов и заготовок, включая
моделирование зоны резания, а также учет их деформаций в управляющих программах для станков с ЧПУ. Приводятся аналитические твердотельные модели с поверхностями износа инструментов, которые используются в моделях стружкообразования. Однако все эти исследования отражаются в публикациях по отдельности, а указанные идеализированные модели снижают адекватность расчетов. Возникла потребность в более адекватном CAD/CAM/CAE-моделировании с учетом шероховатости, износа, деформаций элементов технологической системы и в их совместном использовании для расчета точности обработки на станках с ЧПУ. Таким образом, целью нового исследования является повышение точности обработки на станках с ЧПУ путем совместного численного геометрического и физического моделирования этой обработки с учетом шероховатости, износа и деформаций элементов технологической системы. Методологическая база исследования включает в себя воксельное моделирование во взаимосвязи с сеточными или бессеточными методами расчета напряженнодеформированного состояния элементов технологической системы. Уже полученные и ожидаемые
результаты исследования. Получены математические модели основных типов шероховатости с выступами, расположенными вдоль заданных линий; математические модели основных типов износа режущих инструментов; разработана методика воксельного моделирования оборудования, инструментов и заготовок, включая моделирование дисперсно- и волоконно-армированных объемного плетения композитных заготовок; созданы математические модели изменения геометрии инструмента в
связи с износом в процессе резания и влияния этого износа, а также различных деформаций на получаемые детали. Планируется развитие численного моделирования резания волоконно-армированных композитных заготовок для определения сил резания. Общие выводы связаны с оценкой возможностей предлагаемого численного подхода в новом поколении CAD/CAM/CAE-систем и перспективами
применения таких систем в конструкторско-технологической подготовке производства.