CC BY
9Вследствие чего, эти причины являются предпосылками к снижению показателей качества обрабатываемых материалов, что во многих случаях имеет первостепенное значение.
Одним из методов решения проблемы повышения гидродинамических параметров гидроабразивной струи является установление рациональных параметров обработки для организации наиболее эффективного технологического процесса гидроабразивной обработки. Предпосылкой к данной рабочей гипотезе явились результаты исследований [6 - 11], которые отмечают увеличение режущей способности и повышение производительности гидроабразивной резки, вследствие закручивания струи рабочей жидкости путем нарезания в смесительной трубке спиралеобразной канавки.
Несмотря на большое количество источников литературы, их количество ограничено и не содержит полного обоснования выбора рациональных параметров гидроабразивной обработки. Во многих источниках указывается лишь возможность применения закручивания гидроабразивной струи без указания характеристик процесса обработки. Поэтому вопрос определения и исследования обоснования выбора рациональных параметров гидроабразивной обработки, оказывающих влияние на повышение производительности и качества процесса гидроабразивной резки, является в настоящее время актуальным в области машиностроения.
В результате анализа, выше приведенных, теоретических моделей процесса гидроабразивного резания можно сделать вывод, что имеющиеся модели касаются отдельных аспектов функционирования конкретной технологической системы. Такие модели включают в себя прогноз поведения отдельных элементов процесса резания. Таким образом, встает задача поиска оптимального методологического подхода к исследованию процесса гидроабразивного резания посредством математического моделирования с целью повышения производительности обработки материала, а именно создание имитационной модели процесса гидроабразивного резания.
Имитационная модель позволит рассчитывать характеристики струи и организовывать наиболее эффективный технологический процесс гидроабразивной обработки. Такая модель должна представлять собой информационную систему, включающую в себя ввод параметров обработки, их корректировку, имитацию процесса резания, выходные результаты после процесса обработки.
Список литературы 1. Chao, J., Geskin E. S. Experimental study of the striation formation and spectral analysis of the abrasive waterjet generated surfaces // In: Hashish M (ed) Proc. 7th Amer. Water Jet Conf. Vol. 1, Water Jet Techn. Ass., St. Louis, 1993. P. 27 - 41.
2. Guo N. S. SchneidprozeP und Schnittqualitat beim Wasserabrasivstrahl-schneiden // VDI-Fortschritt-Berichte, Reihe 2. 1994. Nr. 328.
3. Hashish M. An improved model for erosion by solid particle impact // In: Field J E, Dear J P (eds) Proc. 7th Int. Conf. Erosion by Liquid and Solid Impact, Cavendish Lab., Cambridge, 1987. P. 66.1 - 66.9.
4. Raju S. P. Predicting hydro-abrasive erosive wear during abrasive waterjet cutting - part 2: an experimental study and model verification // PED. Vol. 68-1. 1994. P. 381 - 396.
5. Zeng J., Heines R., Kim T. J. Characterization of energy dissipation, phenomena in abrasive waterjet cutting // In: Labus T J (ed) Proc. 6th Amer. Water Jet Conf, Water Jet Techn. Ass., St. Louis, 1991. P. 163 - 177.
6. Иванов В. В., Мирошкин А. Г., Шпилев В.В. Вопросы моделирования двухфазной турбулентной струи // Технологическое обеспечение качества машин и приборов: сб. ст. VI Междунар. науч.-практ. конф., ноябрь 2011 г. Пенза: ПДЗ, 2011. С. 31 - 33.
7. Иванов В. В., Шпилев В. В., Решетников М. К., Бе-реда Н. Н. Метод увеличения режущей способности гидроабразивной струи // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2011: сб. науч. тр. SWorld по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Вып. 4. Т. 6. Одесса: Черноморье, 2011. С. 18 - 23.
8. Иванов В. В., Шпилев В. В., Решетников М. К., Бе-реда Н. Н. Экспериментальные исследования гидроабразивной обработки // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2011: сб. науч. тр. SWorld по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Вып. 4. Т. 6. Одесса: Черноморье, 2011. С. 18 - 23.
9. Иванов В. В., Иванов С. В., Шпилев В. В., Мирошкин
A. Г. Теоретические предпосылки исследования процесса гидроабразивной резки на оси двухфазной турбулентной струи // Теоретические и прикладные проблемы науки и образования в 21 веке: сб. науч. тр. по материалам Междунар. заочн. науч.-практ. конф. Тамбов, 2012. С. 62 - 64.
10. Иванов В. В., Иванов С. В. Моделирование внедрения абразивной частицы в материал как поиск оптимального методологического подхода к разработке имитационной модели процесса гидроабразивной резки // Вестник развития науки и образования. 2014. №3. С. 90 - 95.
11. Пат. № 2466008 Российская Федерация. Способ формирования струи жидкости для резания материалов и устройство для его реализации / Шпилев
B.В., Решетников М.К., Капульник С.И., Береда Н.Н., Кутин А.С. Опубл. 10.11.2012. Бюл. №31.
12. Проволоцкий А.Е. Струйно-абразивная обработка деталей машин. Киев: Техника, 1989. 279 с.
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТРУДОЕМКОСТЬ РАЗРАБОТКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ В СОВРЕМЕННЫХ CAM-СИСТЕМАХ
Казанцев Максим Сергеевич
магистр техники и технологий, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург
THE MAIN FACTORS THAT AFFECTS THE TIME REQUIRED FOR A NC PROGRAMMING USING MODERN CAM SYSTEMS Kazantsev Maksim Sergeevich, master of engineering, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются основные факторы, оказывающие влияние на трудоемкость процесса разработки управляющих программ для металлорежущих станков с ЧПУ при помощи современных CAM-систем. Результаты этого анализа были использованы при создании метода определения трудоемкости разработки управляющих программ.
ANNOTATION
The article describes the main factors that affects the time required for a NC programming of modern metal cutting CNC machines using modern CAM systems. The results of this analysis have been used for development of a method of evaluation of working time required for NC programming.
Ключевые слова: оценка трудоемкости, управляющая программа, CAM-система
Keywords: working time evaluation, NC program, CAM
В последние годы все более актуальным становится вопрос налаживания внутригосударственной и международной межзаводской кооперации для выполнения производственных заказов. О необходимости развития этого направления говорится на собраниях и совещаниях различного уровня [1]. Более того, это является одной из целей создания производственных кластеров, объединений и ассоциаций [2, 3, 4, 5]. Актуальность этого вопроса также подымается на конференциях [6, 7].
Из-за конкурентного распределения заказов и высокой стоимости труда опытных специалистов целесообразным является разработка методов, позволяющих выполнять оценку трудоемкости этапа разработки управляющих программ для отдельных деталей и всего заказа специалистам, не имеющим большого опыта в такой области. Особенно актуальной эта задача является для предприятий или компаний, только начинающих браться за выполнение заказов по механической обработке металлов резанием.
В результате анализа процесса разработки УП в современных CAM-системах были выделены следующие этапы работы:
1. настройка параметров проекта;
2. импорт геометрических данных;
3. задание параметров инструмента;
4. задание параметров операций;
5. расчет траекторий;
6. визуализация обработки;
7. формирование выходной документации.
На каждом из этих этапов на процесс работы могут влиять факторы, снижающие и увеличивающие трудоемкость его выполнения. Выявление этих факторов и определение степени их влияния на трудоемкость является важным для точной оценки трудоемкости разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.
На первом этапе основным фактором, влияющим на трудоемкость, является тип станка, для которого разрабатывается управляющая программа. Так, например, для задания информации о нескольких заготовках, закрепленных в разных шпинделях, потребуется больше времени, чем для задания одной заготовки, а описание кинематической схемы пятикоординатного станка более трудоемко, чем трехкоординатного.
На трудоемкость следующего этапа работы, заключающегося в подготовке геометрической информации для разработки управляющих программ, влияют следующие факторы:
1. наличие трехмерных или двухмерных геометрических моделей объектов, используемых при разработке управляющих программ (детали, заготовки, вспомогательная оснастка). При их отсутствии необходимую геометрию придется строить при помощи средств моделирования CAM-системы. В этом случае дополнительно на трудоемкость оказывает влияние функциональность этих средств;
2. корректность чтения форматов геометрических моделей. Просто иметь модель изделия недостаточно, ее еще необходимо достоверно импортировать в систему. Ошибки в импортированной модели могут привести к генерации некорректных траекторий инструмента. Чтобы этого избежать приходится использовать средства анализа и исправления геометрии. В некоторых CAM-системах их можно применять автоматически при импорте моделей, в других степень их автоматизации меньше, а в-третьих, в виду их отсутствия, приходится перестраивать неправильные и достраивать недостающие геометрические элементы;
3. ошибки в исходных геометрических моделях. Точное чтение импортируемой модели еще не гарантирует, что геометрия не будет содержать ошибок, поскольку это зависит также от средств и методов построения геометрических элементов в CAD-си-стеме и алгоритмов сохранения в тот или иной формат. При наличии некорректных геометрических элементов их придется перестраивать, что потребует дополнительных временных затрат. При этом в случае, если CAM-система не обладает развитыми возможностями моделирования, эти временные затраты становятся еще больше.
На этапе задания параметров режущего инструмента и инструментальной оснастки были выявлены следующие факторы:
1. наличие в CAM-системе средств для создания и использования базы данных инструментов и инструментальной оснастки. Это позволяет сократить трудоемкость данного этапа, поскольку все параметры инструмента, необходимые для программирования обработки, берутся из базы данных;
2. наличие на предприятии внешней по отношению к САМ-системе базы данных режущего инструмента и инструментальной оснастки. Системы такого типа могут рассматриваться как альтернатива аналогичным средствам CAM-систем или как дополнительный модуль при их отсутствии;
3. возможность добавления инструмента из другого файла в формате CAM-системы. В случае отсутствия базы данных инструмента это позволяет быстро добавлять информацию об инструменте в проект, если до этого он уже использовался для разработки управляющих программ каких-либо деталей. На этапе задания параметров процедур обработки были выявлены следующие факторы:
1. наличие в используемой CAM-системе средств автоматического выбора процедур обработки и их параметров. При наличии таких средств задача технолога программиста сводится к выбору обрабатываемой геометрии, если система не может распознать ее автоматически, и, при необходимости, корректировке параметров автоматически назначенных процедур. Это позволяет свести работу по программированию обработки некоторых элементов к минимуму;
2. возможность сохранения параметров процедур в виде шаблонов для использования при разработке управляющих программ для других деталей. Это позволяет создать библиотеку типовых операций и сэкономить время на подборе и задании параметров процедур обработки;
3. наличие в CAM-системе средств автоматического проведения инженерных изменений в исходной модели детали. Они позволяют автоматически определять процедуры, которые необходимо обновить соответственно внесенным изменениям. Это позволяет пересчитывать траектории при минимальных затратах времени. В ином случае может потребоваться ручная корректировка затронутых изменениями процедур.
На время выполнения расчета траекторий обработки по заданным пользователем параметрам могут повлиять следующие факторы:
1. несоответствие компьютера, используемого для работы с системой, рекомендуемым системным требованиям, поскольку этот этап работы наиболее требователен к вычислительной мощности;
2. возможность расчета траекторий в фоновом режиме. Это позволяет продолжать работу в системе, не дожидаясь окончания расчета траекторий;
3. возможность использования многоядерных процессоров или отдельных вычислительных машин для расчета траекторий;
4. малый допуск на обработку выбранных геометрических элементов. При обработке высокоточных элементов необходимо увеличивать точность аппроксимации их геометрии, чтобы снизить влияние неточностей траектории на конечный результат. Это оказывает значительное влияние на время расчета.
На трудоемкость этапа проверки траекторий при помощи средств визуализации оказывают влияние:
1. несоответствие компьютера, используемого для работы с системой, рекомендуемым системным требованиям. В этом случае визуализация может занимать в разы больше времени, чем на компьютере с конфигурацией, соответствующей рекомендуемым системным требованиям;
2. возможность визуализации только отдельных операций. Особенно эффективно это в случае со сложными деталями, для обработки которых требуется большое количество операций;
3. возможность остановки визуализации при определенных событиях. Такими событиями могут быть, например, столкновение инструмента с оснасткой, зарез модели обрабатываемой заготовки на ускоренном ходу, конец операции, передача заготовки в другой шпиндель и т.д. Благодаря этому можно запускать визуализацию на максимальной скорости, поскольку визуализатор остановится в нужный момент. В ином случае приходится внимательно выслеживать момент интересующего события;
4. возможность возврата к произошедшим во время визуализации ошибкам или событиям. При ее отсутствии для того, чтобы посмотреть положение инструмента или исполнительных органов станка в момент интересующего события, которое уже произошло, необходимо запускать визуализацию заново.
На завершающем этапе, который заключается в формировании выходной документации, факторов, оказывающих существенное влияние на трудоемкость, выявлено не было.
Перечисленные факторы были использованы при разработке метода определения трудоемкости разработки управляющих программ в современных CAM-систе-мах для расчета поправочных коэффициентов.
Литература
1. Министр обороны Казахстана: определено 15 основных перспективных проектов по выпуску продукции военного назначения [Электронный ресурс] // Центр анализа мировой торговли оружием: ин-форм.-справочный портал. М., 2014. 22 августа. URL: http://armstrade.org/includes/ periodics/news /2014/0822/102025332/detail.shtml.
2. Жуков А. Бесперспективные дизели [Электронный ресурс] // РосБизнесКонсалтинг: информ.-справочный портал. М., 2009. 13 февраля. URL: http://www.rbcdaily.ru/industry/562949979102651.
3. Об Ассоциации [Электронный ресурс] // Ассоциация Судостроительных Компаний Сибири: информ.-справочный портал. Ангарск, 2012-2014. URL: http://asksib.ru/info/about/.
4. Зверева П. Государственных средств в финансировании больше, чем средств предприятий [Электронный ресурс] // Деловой авиационный портал ATO.ru: информ.-справочный портал. М., 2013. 29 августа. URL: http://www.ato.ru/content /gosudarstvennyh-sredstv-v-finansirovanii-bolshe-chem-sredstv-predpriyatiy.
5. Зимин К. Будущее — за промышленной кооперацией и внедрением инновационных технологий [Электронный ресурс] // Intelligent Enterprise/RE: информ.-справочный портал. М., 2009. 2 октября. URL: http://www.iemag.ru/analitics /detail.php? ID=19540.
6. Кооперация по новым программам ОАО «Объединенная Авиастроительная Корпорация». Открытые позиции, требования к поставщикам» [Электрон-
ный ресурс] // Производственная кооперация российских авиастроительных корпораций: как стать поставщиком? Локализация производств в особых экономических зонах - путь к снижению себестоимости продукции: Первая Всероссийская конференция. Жуковский, 28 августа 2013 г. URL: http://www.ulsez.ru/storage/files/Konf_post2013.rar
7. Развитие кооперации Airbus с российскими поставщиками. Презентация 2014 год. [Электронный ресурс] // Производственная кооперация российских авиастроительных корпораций: вызовы времени: Вторая Всероссийская конференция. Жуковский, 14 августа 2014 г. URL: http://www.ulsez.ru /storage/files /Konf_post2014.rar.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ
Кочетов Олег Савельевич,
докт. техн. наук, профессор МГУПИ, г. Москва
METHOD OF CALCULATION OF EXPLOSION PROTECTION OF THE PRODUCTION BUILDING Kochetov O.S., Doctor of Technical Sciences, Professor of MGUPI, Moscow
АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрена методика расчета взрывных нагрузок на технологическое оборудование, здания и сооружения при воздействии внешних и внутренних аварийных, взрывоопасных факторов. Приводятся конструкции разработанных средств для обеспечения взрывопожаробезопасной работы оборудования в технологических цепочках современного производства. Исследованы параметры предложенных конструкций взрывозащитного устройства.
Ключевые слова: взрывные нагрузки, технологическое оборудование, здания и сооружения, взрывозащитное устройство, сбросное отверстие, скорость распространения пламени.
ABSTRACT
In work the method of calculation of explosive loads of processing equipment, buildings and constructions is considered at influence of external and internal emergency, explosive factors. Designs of the developed means for ensuring fire and explosion safe work of the equipment are given in technological chains of modern production. Parameters of the offered designs of the explosion-proof device are investigated.
Keywords: explosive loadings, processing equipment, buildings and constructions, explosion-proof device, waste opening, speed of distribution of a flame.
Создание методов расчета взрывных нагрузок на технологическое оборудование, например, сосудов, работающих под давлением, а также средств их защиты: взрывных клапанов и мембран для взрывозащиты технологического оборудования, является актуальным вопросом [1-18]. Кроме того, воздействие внешних и внутренних аварийных факторов на здания и сооружения также требует разработки средств защиты для обеспечения взрывопожаробезопасной работы оборудования в технологических цепочках, и создания более эффективных предохранительных и легкосбрасываемых конструкций [19-35]. Повышение давления в защищаемом объеме при горении среды должно быть полностью компенсировано снижением давления вследствие истечения газов через сбросное отверстие, для этого необходимо удалять в единицу времени из объема количество газов, определяемое формулой [4,6]
G = Fup(е - 1), (1)
где F - поверхность фронта пламени; u - нормальная скорость распространения фронта пламени; р - плотность удаляемого газа; е - степень расширения газов при сгорании. Величины F, р и е в процессе сгорания и изменения давления также изменяются, но зададимся значением этих величин для наиболее опасного случая, отмечая эти величины индексом m,
Gm = Fmupm(em- 1).
(2)
Предельное значение плотности газа можно выразить формулой:
pm = p0(Pm/P0)1/y, (3)
где Р - абсолютное значение давления в защищаемом объеме; у =CP/CV - показатель адиабаты; СР и ^ - средние теплоемкости газов соответственно при постоянном давлении и постоянном объеме; индекс «о» обозначает начальные значения параметров.
Степень расширения газов при сгорании изменяется в зависимости от их температуры. При адиабатическом сжатии горючего газа в процессе развития взрыва величину еm можно выразить в зависимости от давления в соответствии с уравнением:
еm = 1 + (е0-1)(Рт /Р0)(1-у)/у. (4)
Для эффективной взрывозащиты любого объекта, обусловленной сбросом давления взрыва, необходимо, чтобы предохранительное устройство могло обеспечить расход газов не менее
Gm = Fmup0(е0 - 1)(Рт /Р0)(2-у)/у. (5)
Из газодинамики известно, что массовый расход газа под давлением Pm через отверстие может быть выражен следующим образом:
при докритическом режиме истечения, когда р > (2/(у +1)у/(у-1).
G_ = aSP_
1
2M у
RT у-1
(фИу _ ß(y+1)/y^
(6)
