Моделирование и оптимизация циклов внутреннего шлифования в условиях автоматизированного машиностроительного производства

Павел Петрович Переверзев, Александра Викторовна Акинцева

Аннотация


Несмотря на появление новых высокопроизводительных металлообрабатывающих станков с ЧПУ, в отечественном машиностроении до сих пор не решена проблема, связанная с существующей низкой производительностью операций, выполняемых на данных станках. Причиной этого является отсутствие нормативно-справочной литературы, САПРов и инженерных методик, позволяющих проектировать циклы для станков с ЧПУ, которые удовлетворяли бы требованиям современного автоматизированного производства. На практике данную проблему решают двумя путями: 1) покупкой режимов резания у производителей оборудования, 2) методом побора режимов резания путем обработки ряда пробных
заготовок. Оба пути требуют значительных дополнительных затрат, которые в итоге накладываются на конечную себестоимость выпускаемой продукции и не решают проблемы повышения производительности операций, выполняемых на станках с ЧПУ, в целом по всему отечественному машиностроению.
Решением данной проблемы является рассматриваемая в данной статье методология проектирования оптимальных циклов внутреннего шлифования, которая базируется на двух основополагающих моделях: модели составляющих силы резания и модели съема металла. Силовая модель процесса внутреннего шлифования связывает силы резания с режимами обработки и охватывает большую часть основных технологических параметров. Модель съема металла отражает взаимосвязь программного и фактического значений радиальной подачи с упругими деформациями технологической системы, а также позволяет
рассчитывать величину фактически снятого припуска, текущие значения радиусов обрабатываемого отверстия, силы резания, времени съема для заданного цикла шлифования и др. В качестве математического метода оптимизации циклов шлифования используется метод динамического программирования. Применение данного метода обусловлено тем, что он не требует построения заранее границ области допустимых ограничений и не является чувствительным к свойствам моделей управления и ограничений.
Методология проектирования оптимальных циклов внутреннего шлифования позволяет с математической точностью рассчитывать оптимальные значения радиальной и осевой подач на всех ступенях цикла, оптимальное распределение снимаемого припуска по ступеням цикла для радиальной и осевой подач, при которых обеспечивается минимальное время цикла с учетом заданных технологических ограничений целевой функции.

Ключевые слова


внутреннее шлифование; оптимизация процесса; метод динамического программирования; режимы резания; цикл; комплекс технологических ограничений

Полный текст:

PDF

Литература


Oliveira J.F.G., Silva E.J., Guo C., Hashimoto F. Industrial Challenges in Grinding. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2009, vol. 58, pp. 633–680. DOI: 10.1016/j.cirp.2009.09.006

Obshchemashinostroitel'nye normativy vremeni i rezhimov rezaniya dlya normirovaniya ra-bot, vypolnyaemykh na universal'nykh i mnogotselevykh stankakh s chislovym programmnym upravleniem. Chast' II. Normativy rezhimov rezaniya [Engineering Industry Standards of Time and the Cutting Modes for Rationing of the Works Carried Out on the Universal and Multi-Purpose Machines with Numerical Program Control. Part II. Standards of the Cutting Modes]. Moscow, Ekonomika Publ., 1990. 311 p.

Rezhimy rezan'ya na raboty, vypolnyaemye na shlifoval'nykh i dovodochnykh stankakh s ruchnym upravleniem i poluavtomatakh: spravochnik [The Cutting Modes for the Works Carried Out on Grinding and Hand-Operated Lapping Machines and Semiautomatic Machines: Reference Book]. Chelyabinsk,

ATKOSO Publ., 2007. 384 p.

Horiuchi O., Shibata T. Computer Simulations of Cylindrical Plunge Grinding – Influence of Work Stiffness on Grinding Accuracy. Key Engineering Materials, 2007, vol. 329, pp. 51–56. DOI: 10.4028/0-87849-416-2.51

Nathan R.D., Vijayaraghavan L., Krishnamurthy R. Intelligent Estimation of Burning Limits to Aid in Cylindrical Grinding Cycle Planning. Heavy Vehicle Systems, 2001, vol. 80, pp. 48–59.

Pimenov D.Yu. Mathematical Modeling of Power Spent in Face Milling Taking into Consideration Tool Wear. Journal of Friction and Wear, 2015, vol. 36, no. 1, pp. 45–48. DOI: 10.3103/S1068366615010110

Novoselov Yu.K. Dinamika formoobrazovaniya poverkhnostey pri abrazivnoy obrabotke [Dynamics of Surfaces Formation at Abrasive Processing]. Sevastopol', SevNTU Publ., 2012. 304 p.

D'yakonov A.A., Shipulin L.V. [Complex Process Modeling of Plane Grinding by the Periphery of a Circle]. Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering, 2013, no. 6 (24), pp. 14–18. (in Russ.)

Salov P.M., Vinogradova T.G., Salova D.P. [Managing of a Circle Rerun at Internal Grinding]. High technologies in Mashinostroenie, 2009, no. 1, pp. 61–63. (in Russ.)

Guzeev V.I., Nurkenov A.K. Researching the CNC-Machine Stiffness Impact on the Grinding Cycle Design. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 815–820. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.118

Pereverzev P.P., Akintseva A.V. Mathematical Model for the Internal Grinding Process of a Non-Circular Hole Machining. Procedia Engineering, 2016, vol. 150. pp. 1118–1123. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.223

Pereverzev P.P., Akintseva A.V. Model of Cutting Force While Managing Two Regime Parameters in the Process of Internal Grinding. Procedia Engineering, 2016, vol. 150. pp. 1113–1117. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.222

Pereverzev P.P., Akintseva A.V. [Modeling of Metal Removal During an Internal Grinding in View of Kinematics Cutting Features]. STIN, 2016, vol. 4, pp. 23–28. (in Russ.)

Pereverzev P.P., Akintseva A.V. [Model of Formation of Processing Errors Intragrinding]. STIN, 2016, vol. 6, pp. 25–30. (in Russ.)

Bellman R. Dinamicheskoe programmirovanie [Dynamic Programming]. Moscow, Foreign Literature Publishing House, 1960. 400 p.

Lee C.W. Dynamic Optimization of the Grinding Process in Batch Production. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, 2009, vol. 131, pp. 61–66. DOI: 10.1115/1.3090880

Krajinik P., Drazumeric R., Badger J., Hashimito F. Cycle Optimization in Cam-Lobe Grinding for High Productivity. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2014, vol. 630, pp. 333–336. DOI: 10.1016/j.cirp.2014.03.036

Dong S., Danai K., Malkin S., Deshmukh A. Continuous Voptimal Infeed Control for Cylindrical Plunge Grinding. Part 1: Methodology. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, 2004, vol. 126, pp. 327–333. DOI: 10.1115/1.1751423

Pereverzev P.P., Pimenov D.Yu. Optimization of Control Programs for Numerically Controlled Machine Tools by Dynamic Programming. Russian Engineering Research, 2015, vol. 35. no. 2, pp. 135–142. DOI: 10.3103/S1068798X15020197

Mikhel'kevich V.N. Avtomaticheskoe upravlenie shlifovaniem [Automatic Control of Grinding]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1975. 304 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/engin160306

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.