close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Алгоритм оптимизации вспомогательных перемещений инструментов при фрезеровании сложных поверхностей..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
Библиографический список
1. Кривошеев И.А., Иванова О.Н., Горюнов И.М. ИспользоС. 1–31.
вание средств имитационного сетевого моделирования ГТД
4. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Расчёт характеристик вына этапе идентификации моделей по результатам испытахлопного тракта ТРДД // Молодежный Вестник УГАТУ. 2012.
ний // Вестник УГАТУ. 2005. Т. 6, № 1 (12). С. 65–75.
№ 3 (4). С. 81–92.
2. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в
5. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Исследование характеристик
компьютерной среде DVIGw / Д.А. Ахмедзянов [и др.]. Уфа:
ступеней осевых компрессоров в ANSYS 13.0 CFX // МолоИзд-во УГАТУ, 2003. 162 с.
дежный вестник УГАТУ. 2012. № 2 (3). С. 60–67.
3. Методы и средства системной разработки сложных объ6. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Методики получения характеектов на основе имитационного сетевого моделирования и
ристик осевых компрессоров ГТД // Вестник ВГТУ. 2012. Т. 8,
технологии МЕТАСАПР / Кривошеев И.А [и др.] // Приложе№ 7–1. С. 111–117.
ние к журналу «Информационные технологии». 2005. № 4.
УДК 621
АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИНСТРУМЕНТОВ
ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
© Б.Б. Пономарёв, Нгуен Ван Нам
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Работа посвящена решению проблем оптимизации вспомогательных перемещений инструментов при фрезеровании сложных поверхностей. Предложенный алгоритм позволяет выбрать оптимальную последовательность
обработки отдельных областей поверхности при условии минимизации числа смен инструментов и продолжительности холостых движений.
Ил. 5. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: холостые перемещения инструмента; вспомогательные перемещения.
OPTIMIZATION ALGORITHM OF AUXILIARY TOOL MOVEMENTS WHEN MILLING COMPLEX SURFACES
B.B. Ponomaryov, Nguyen Van Nam
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The paper solves optimization problems of auxiliary tool movements when milling complex surfaces. The proposed alg orithm enables choosing an optimal machining sequence for specific surface areas under condition of minimizing the
number of tool changes and idle movement duration.
5 figures. 3 sources.
Key words: idle tool movements; auxiliary movements.
Формообразование сложных поверхностей деталей в современном машиностроении осуществляется,
в основном, на многокоординатных станках с ЧПУ
концевыми фрезами. При этом поверхность разбивается на отдельные участки (области), обработка каждого из которых производится по назначенной технологом или системой автоматизированной подготовки
управляющих программ частной (локальной) стратегии фрезами одного или нескольких типоразмеров, в
зависимости от формы участка и сопряжений со
смежными областями. Одним из существенных резервов повышения производительности при этом является сокращение вспомогательных движений инструмента при переходе от одного участка образуемой
поверхности к другому. Для решения задачи минимизации холостых перемещений каждый i-й холостой
переход инструмента может быть представлен точкой
выхода из контакта с заготовкой и точкой касания с
ней, то есть позицией начала врезания в обрабатываемую область. Кроме того при определении длины
переходов должны учитываться препятствия на пути
перемещения инструмента. Следует иметь в виду, что
при подготовке управляющих программ технологпрограммист, исходя из собственного опыта, может
устанавливать приоритеты при назначении очередности обработки отдельных областей поверхности детали и менять координаты точек врезания и выхода инструмента из контакта с заготовкой. При этом точки
входа и выхода при чистовом фрезеровании участков
сложных поверхностей для большинства частных
стратегий могут друг с другом не совпадать.
___________________________
1
Пономарёв Борис Борисович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: +73952405020, e-mail: pusw@istu.edu
Ponomaryov Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Machinery and Automation of Mechanical
Engineering, tel.: +73952405020, e-mail: pusw@istu.edu
2
Нгуен Ван Нам, аспирант, тел.: +79246068668, e-mail: nam.ng85@gmail.com
Nguyen Van Nam, Postgraduate, tel.: +79246068668, e-mail: nam.ng85@gmail.com
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (72) 2013
33
Механика и машиностроение
Точка смены
инструментов
Точки входа
и выхода
обрабатываемых
поверхностей
3
1
2
Рис. 1. Граф холостых перемещений инструмента
На рис.1 в виде ориентированного графа, у которого холостые перемещения являются ребрами, представлены все возможные варианты холостых перемещений инструментов между тремя участками поверхности при обработке их по различным стратегиям
и сменой инструментов.
Движение инструментов по ребрам может осуществляться в двух противоположных направлениях.
При этом необходимо рассматривать два случая:
1. При отсутствии смены точек выхода и входа инструмента у каждой обрабатываемой поверхности.
При этом число вариантов равно 3!=6 (1,2,3; 1,3,2;
2,1,3; 2,3,1; 3,1,2; 3,2,1).
2. При смене точек выхода и входа в контакт с заготовкой число вариантов возрастает до 48.
Следует отметить, что холостые переходы могут
сопровождаться сменой инструмента или происходить
без неё, при этом число вариантов траекторий холостых перемещений может значительно увеличиться.
Из приведенного примера следует, что выбрать оптимальную траекторию холостых движений инструментов при обработке сложной поверхности, разбитой на
несколько участков, не под силу осуществить даже
опытному технологу. Для этого должны разрабатываться и использоваться специальные алгоритмы.
На последовательность обработки отдельных областей сложной поверхности, и, следовательно, на
очередность траектории вспомогательных перемещений инструментов при фрезеровании на станках с ЧПУ
оказывает влияние ряд факторов [1, 2]:
 стратегия обработки участка (локальная стратегия), которая влияет на координаты входа и выхода
инструмента из контакта с заготовкой;
 разнообразие фрез, применяемых при обработке
различных областей и сопряжений их между собой;
 необходимость и последовательность смены
фрез, их количество;
 стойкость инструмента;
 форма и размеры обрабатываемых областей
поверхности;
34
 системность в выборе точек начала и окончания
холостых переходов.
Разработанный алгоритм учитывает эти факторы
и в качестве исходных данных использует:
 координаты узловых точек поверхности детали,
полученные по её электронной модели [3];
 координаты точек начала и окончания холостых
переходов;
 геометрию образующей фрез для каждой области обрабатываемой поверхности;
 время резания каждой обрабатываемой области;
 скорость холостых перемещений;
 стойкость инструмента;
 координаты позиции смены фрез;
 время смены фрез;
 время индексации инструментального магазина
для поиска фрез;
 общее число обрабатываемых поверхностей i;
 число обрабатываемых поверхностей j, на которых необходима смена точек выхода из контакта и
врезания фрезы в последующую область формообразуемой поверхности.
Следует учитывать, что в случае, когда не происходит смена точек выхода и входа на обрабатываемых участках поверхности, число вариантов траекторий холостых ходов равно n = i!
Если изменяются точки выхода и входа инструмента, а его смена происходит на k из j обрабатываемых областей поверхности, число вариантов смены
точек входа и выхода рассчитается по формуле
. При изменении k от 1 до j количество вариан(
)
тов смены точек выхода инструмента из контакта с
заготовкой и врезания рассчитается по формуле
∑
.
(
)
Количество вариантов траекторий холостых движений с учетом двух вышеуказанных случаев опреде∑
ляется как: q= n + m*n=
=
.
(
)
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (72) 2013
Механика и машиностроение
На основании представленных моделей построен
алгоритм (рис. 2), позволяющий осуществить поиск
всех возможных траекторий холостых движений и
определить продолжительность вспомогательных перемещений. Алгоритм построен с учетом приоритетов
в очередности обработки участков сложной поверхно-
сти детали, которые технолог устанавливает, исходя
из особенностей базирования заготовки, конструкции
технологической
оснастки,
конструктивнотехнологических особенностей заготовки и готовой
детали.
начало
Определение приоритетов очередности
обработки участков (областей) поверхности
Анализ последовательностей участков поверхности на
обрабатываемость фрезой одного типоразмера
Выбор последовательностей с минимальным
количеством смен фрез, используемых в процессе формообразования поверхности
Поиск вариантов траекторий с минимальным количеством смен фрез
на всех участках поверхности
да
нет
Производится ли
смена фрезы?
Определение затрат
времени на переход по выбранной траектории от точки выхода
из контакта с обрабатываемой
поверхностью до точки начала
врезания в последующую область обрабатываемой
поверхности
Определение затрат времени (при
фрезеровании со сменой инструмента)
на переход по выбранной траектории
от точки выхода инструмента из контакта с текущей областью обрабатываемой поверхности до позиции смены
фрезы и от этой точки до начала врезания
в последующую область
обрабатываемой поверхности
Выбор оптимального варианта по минимуму
затрат времени на вспомогательные переходы
конец
Рис. 2. Алгоритм оптимизации вспомогательных перемещений инструментов
при фрезеровании сложных поверхностей на станках с ЧПУ
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (72) 2013
35
Механика и машиностроение
Фрагмент формирования вариантов последовательностей обработки рассмотрим на примере поверхности с 7 участками (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), обрабатываемыми, соответственно, фрезами Т1, Т2, Т3, Т3,
Т3, Т3, Т4 с приоритетом обработки участка 1, превышающим приоритет участка 2 и приоритетом обработки участка 4 большим, чем у участка 5.Часть последовательностей может быть представлена в форме
1, 3, 2, 4, 7,(6, 5) =>T1, T3, T2, T3, T4, T3, T3 (А)
1, 2, (4, 6, 3), 7, 5=>T1, T2, T3, T3, T3, T4, T3 (В)
2, 1, 3, 4, 5, 6, 7=> приоритет не учтен (D)
1, 2, 6, 5, 4, 3, 7=> приоритет не учтен (E)
1, (3, 6, 4, 5), 2, 7=>T1, T3, T3, T3, T3, T2, T4 (F)
Разработанный алгоритм на первом этапе предусматривает проверку условий приоритетности обработки. Для рассматриваемого случая последовательности (D) и (E) в дальнейшем не подлежат анализу,
так как условия приоритетности в них не соблюдены.
На следующем шаге проводится поиск вариантов,
которые имеют участки, последовательно обрабатываемые фрезой одного типоразмера. Для рассматриваемого примера – это вариант (А) с участками 6 и 5,
вариант (В) с участками 4, 6, 3 и (F) – с 3, 6, 4 и 5. На
следующем этапе алгоритм позволяет определить
минимальное количество смен фрез на этих участках
поверхности с учетом стойкости инструмента и времени резания на каждом из них. Если в варианте (А) для
проведения обработки участков 6 и 5, в варианте (В)
для обработки участков 4, 6, 3 и в (F) для 3, 6, 4 и 5
участков минимальное количество смен фрез равно 1,
то очередности обработки фрезами различных типоразмеров будут представлены как
1, 3, 2, 4, 7,(6, 5)=>T1=>T3=>T2=>T3=>T4=>T3=>T3 (А)
1, 2, (4, 6, 3), 7, 5=>T1=>T2=>T3=>T4=>T3 (В)
1, (3, 6, 4, 5) 2, 7=>T1=>T3=>T2=>T4 (F)
Из выбранных вариантов алгоритм позволяет выделить сочетания участков поверхности, обрабатываемых с использованием минимального количества
смен фрез. В рассматриваемом примере это вариант
(F). Затем производится поиск вариантов с минимальными затратами времени на вспомогательные движения.
Для проверки выбранных последовательностей
областей поверхности на обрабатываемость фрезой
одного типоразмера, а также для поиска минимального числа смен фрез, обеспечивающих обработку каждого из вариантов последовательностей участков,
фрезеруемых одним комплектом инструмента, используется алгоритм, представленный на рис. 3.
В предлагаемом к рассмотрению примере поверхность имеет 5 участков, обрабатываемых фрезой одного типоразмера Т1. Время резания при последовательном обходе областей составляет 8, 10, 12, 9 и 6
мин при стойкости фрезы 34 мин (рис. 4). Для этого
случая без смены инструмента могут быть обработаны 1, 2, 3 участки поверхности, так как время резания
при этом составляет всего 30 мин.
Анализ геометрии областей, подлежащих обработке, определение количества
вариантов обработки участков поверхности фрезой одного типоразмера и каждым из комплектов инструмента
Определение всех возможных вариантов с минимальным и достаточным
количеством смен фрез
Рис. 3. Алгоритм проверки выбранных последовательностей областей поверхности на обрабатываемость
фрезой одного типоразмера
3
2
12 минут-Т1
1
4
5
10 минут-Т1
9 минут-Т1
8 минут-Т1
Рис. 4. Фрагмент поверхности
36
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (72) 2013
6 минут-Т1
Механика и машиностроение
Определение геометрии переходов фрезы от предыдущего
обрабатываемого участка к последующему
Определение наивысшей точки на каждом участке обработки
поверхности
Определение минимального расстояния подъема фрезы при выходе из
контакта с обработанным участком поверхности и безопасного перехода
к следующему участку
Рис. 5. Алгоритм минимизации холостых перемещений инструмента
Также возможна обработка 2, 3, 4 участков, так как
время резания в этом случае не превышает 34 мин.
Условию стойкости инструмента при обработке областей поверхности и их сочетаний отвечают последовательности:1-2-3-4-5; 1-2-3,4-5; 1-2,3-4-5; 1-2,3-4,5; 12,3,4-5; 1,2-3-4-5; 1,2-3-4,5; 1,2-3,4-5; 1,2-3,4,5;1,2,3-4,5;
1,2,3-4-5. При этом знак «-» обозначает смену фрезы.
Минимальное количество смен фрез получено при
вариантах последовательностей: 1,2-3,4,5 и 1,2,3-4,5.
Такой подход позволяет определить время для всех
сочетаний и выявить оптимальный вариант.
Алгоритм минимизации холостых перемещений
инструмента при фрезеровании сложных поверхностей без смены фрез представлен на рис. 5 и в ранее
опубликованных работах авторов.
Таким образом, разработанный комплекс алгоритмов обеспечивает поиск оптимальной последовательности выполнения холостых перемещений инструмента при обработке областей сложных поверхностей деталей с учетом траекторий и необходимости
смены инструмента.
Библиографический список
1. Кувшинский В.В. Фрезерование. М., 1977. 241 с.
станках с ЧПУ ТулГУ.
2. Артамонов В.Д. Технология автоматизированного произ3. Данилов Ю., Артамонов И. Практическое использование
водства. 2007. 144 с. Часть 1: Технология обработки на
NX. М.: ДМК Пресс, 2011. 332 с.
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (72) 2013
37
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
2 161 Кб
Теги
алгоритм, оптимизация, перемещении, сложные, фрезерование, pdf, вспомогательного, инструменты, поверхности
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа