CC BY
34
Библиографический список
1. Кривошеев И.А., Иванова О.Н., Горюнов И.М. Использование средств имитационного сетевого моделирования ГТД на этапе идентификации моделей по результатам испытаний // Вестник УГАТУ. 2005. Т. 6, № 1 (12). С. 65-75.
2. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGw / Д.А. Ахмедзянов [и др.]. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2003. 162 с.
3. Методы и средства системной разработки сложных объектов на основе имитационного сетевого моделирования и технологии МЕТАСАПР / Кривошеев И.А [и др.] // Приложение к журналу «Информационные технологии». 2005. № 4.
С. 1-31.
4. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Расчёт характеристик выхлопного тракта ТРДД // Молодежный Вестник УГАТУ. 2012. № 3 (4). С. 81-92.
5. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Исследование характеристик ступеней осевых компрессоров в ANSYS 13.0 CFX // Молодежный вестник УГАТУ. 2012. № 2 (3). С. 60-67.
6. Кишалов А.Е., Маркина К.В. Методики получения характеристик осевых компрессоров ГТД // Вестник ВГТУ. 2012. Т. 8, № 7-1. С. 111-117.
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 algorithm 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 нй 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 технолог-программист, 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.
Пономарёв Борис Борисович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: +73952405020, e-mail: [email protected]
Ponomaryov Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Machinery and Automation of Mechanical
Engineering, tel.: +73952405020, e-mail: [email protected]
2Нгуен Ван Нам, аспирант, тел.: +79246068668, e-mail: [email protected]
Nguyen Van Nam, Postgraduate, tel.: +79246068668, e-mail: [email protected]
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 ;
• 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 /;
• число обрабатываемых поверхностей ], на которых необходима смена точек выхода из контакта и врезания фрезы в последующую область формообра-зуемой поверхности.
Следует учитывать, что в случае, когда не происходит смена точек выхода и входа на обрабатываемых участках поверхности, число вариантов траекторий холостых ходов равно п = /!
Если изменяются точки выхода и входа инструмента, а его смена происходит на к из ] обрабатываемых областей поверхности, число вариантов смены точек входа и выхода рассчитается по формуле .^ф,. При изменении к от 1 до } количество вариантов смены точек выхода инструмента из контакта с заготовкой и врезания рассчитается по формуле
171 ~ 1 к-1 ]!. а - к)! .
Количество вариантов траекторий холостых движений с учетом двух вышеуказанных случаев определяется как: а= п + т*п= И + И * У.{_, —г— = I! * 2
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, конструктивно-технологических особенностей заготовки и готовой детали.
Выбор оптимального варианта по минимуму затрат времени на вспомогательные переходы
1 кон г 1ец
Рис. 2. Алгоритм оптимизации вспомогательных перемещений инструментов при фрезеровании сложных поверхностей на станках с ЧПУ
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) =>Т1, Т3, Т2, Т3, Т4, Т3, Т3 (А) 1, 2, (4, 6, 3), 7, 5=>Т1, Т2, Т3, Т3, Т3, Т4, Т3 (В) 2, 1, 3, 4, 5, 6, 7=> приоритет не учтен (й) 1, 2, 6, 5, 4, 3, 7=> приоритет не учтен (е) 1, (3, 6, 4, 5), 2, 7=>Т1, Т3, Т3, Т3, Т3, Т2, Т4 (Р) Разработанный алгоритм на первом этапе предусматривает проверку условий приоритетности обработки. Для рассматриваемого случая последовательности (й) и (Е) 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 (Р) - 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 (Р) 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)=>Т1 =>Т3=>Т2=>Т3=>Т4=>Т3=>Т3 (А) 1, 2, (4, 6, 3), 7, 5=>Т1=>Т2=>Т3=>Т4=>Т3 (В)
1, (3, 6, 4, 5) 2, 7=>Т1 =>Т3=>Т2=>Т4 (Р) Из выбранных вариантов алгоритм позволяет выделить сочетания участков поверхности, обрабатываемых с использованием минимального количества смен фрез. В рассматриваемом примере это вариант (Р). 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.
Рис. 3. Алгоритм проверки выбранных последовательностей областей поверхности на обрабатываемость
фрезой одного типоразмера
2
12 минут-Т1
10 минут-Т1
8 минут-Т1
9 минут-Т1 6 минут-Т1
Рис. 4. Фрагмент поверхности
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^-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.
2. Артамонов В.Д. Технология автоматизированного производства. 2007. 144 с. Часть 1: Технология обработки на
станках с ЧПУ ТулГУ.
3. Данилов Ю., Артамонов И. Практическое использование ИХ. М.: ДМК Пресс, 2011. 332 с.
