Тривимірне геометричне моделювання зняття припуску, формоутворення і проектування інструментів при обробці різанням

ВИСНОВКИ

Аналіз літератури і можливостей сучасного машинобудування і комп'ютерних технологій показав необхідність об'єднання тривимірного (3D) геометричного моделювання і фундаментальних наукових досягнень в області різання і формоутворення. З іншого боку, потрібно об'єднати моделювання взаємопов'язаних процесів зняття припуску, формоутворення і проектування інструментів. Ці об'єднання повинні бути орієнтовані на адаптацію результатів спеціальних наук до нових можливостей сучасних існуючих і утворюваних автоматизованих систем.

Рішення цієї актуальної наукової проблеми полегшується, якщо на додаток до відомих математичних методів як математичну базу використовувати багатопараметричні відображення афінного простору, що містять можливості для узагальнення і формалізації.

Розроблено узагальнену тривимірну геометричну модель зняття припуску. Модель включає загальні взаємопов'язані математичні описи властивостей і зв'язків процесу зняття припуску і його елементів. До неї входять як складові частини узагальнені моделі оброблюваних деталей, заготовок, інструментів і формоутворення.

Між зняттям припуску, формоутворенням і проектуванням інструментів існує геометрична й алгоритмічна спільність. Це наслідок їх однакової геометричної природи і однакового їх представлення у вигляді багатопараметричних відображень і образів. Ця спільність доведена в дисертації і відбита в розроблених моделях. Рекомендується використовувати її при створенні повних моделей різання і систем автоматизованого проектування.

Існує і досліджено в дисертації поле взаємопов'язаних геометричних властивостей зняття припуску і їхніх математичних описів. Встановлено групи споріднених властивостей, що відносяться до різних елементів процесу зняття. Найбільше суттєві властивості рекомендується використовувати для систематизації геометричних моделей зняття припуску. Первісний варіант такої систематизації запропоновано у дисертації.

Систематизація виділяє узагальнену, типові і спеціальні 3D моделі зняття припуску. Розроблений і рекомендований в дисертації новий алгоритм конкретного моделювання дозволяє отримати конкретні (типові або спеціальні) моделі конкретизацією узагальненої моделі або доповненням її набором конкретних властивостей. Таким чином, над полем геометричних властивостей зняття припуску і їхніх математичних описів існує поле 3D моделей із різним ступенем узагальнення. Кожна модель - це сукупність взаємопов'язаних математичних описів того або іншого конкретного сполучення геометричних властивостей способу обробки різанням. У дисертації розроблені і рекомендуються до використання характерні типові і спеціальні моделі. У них відбитий поділ способів обробки, здійснюваних фасонними, точковими й обкатними різальними інструментами.

Вперше методика відображень і системи їхніх параметрів прикладені до задач зняття припуску. Рекомендується визначати зріз, виходячи зі зв'язку між системами параметрів, не прибігаючи до операції перетинання з бульової алгебри.

Розроблена і рекомендується методика 3D моделювання багатозубих інструментів як композицій з елементів із поетапним збільшенням їхньої кількості і регламентованим відніманням областей простору.

Тривимірні геометричні моделі й алгоритми в сполученні з відомими методами і математичними, графічними пакетами програм рекомендується практично використовувати в геометричному забезпеченні сучасних CAD і CAM систем технологічного призначення, а також як геометричне ядро утворюваних повних математичних моделей процесів різання. Запропонована методика розрахунку поточних і вихідних параметрів в сполученні з сервісними можливостями універсальних математичних пакетів рекомендується для визначення ступеня геометро- кінематичного навантаження інструмента при різанні (шляху і тривалості різання, швидкостей, розмірів і площі плями контакту, об'ємів шару, що зрізається, питомої і повної продуктивності зняття й ін.).

Для CAD систем із високим ступенем узагальнення рекомендується компактне структурне представлення процесів зняття припуску і проектування інструментів типовими операторами і структурами відображень. Це узагальнює формалізацію задач без виведення конкретних аналітичних формул і дозволяє використовувати математичні пакети MatLAB, Maple V і ін.

Результати дисертації застосовані в розробленій при участі автора системі автоматизованого проектування різальних інструментів CAD CT. Методика і моделі практично використані для візуалізації і удосконалення формоутворення стандартних зубчастих коліс, а також при моделюванні і виготовленні спеціальних двопараметричних зубчастих передач, які мають розширені експлуатаційні можливості.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ У НАУКОВИХ ФАХОВИХ ВИДАННЯХ

Кондусова Е.Б. Геометрические свойства процесса съема припуска при резании и их математические описания // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ.- 1999. - Вып. 32. - С.107-112.

Кондусова Е.Б., Ковалюх Р.В., Тернюк Н.Э., Устиненко А.В. Классификация, обзор конструкций и методов нарезания зубьев двухпараметрических передач// BORZODI MUSZAKI GAZDASAGI ELET (научно-технический журнал, Венгрия, Будапешт). - 1994.-№ 4-5.-С. 176-182. Автор обгрунтував класифікацію способів обробки за допомогою теорії формоутворення зуб'їв.

Кондусова Е.Б. Алгоритм геометро-кинематического моделирования съема припуска для конкретных способов обработки резанием // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ.- 1999. - Вып. 36. - С. 88-90.

Дюмин И.Е., Кондусова Е.Б., Дудукалов Ю.В., Ковалюх Р.В. Инструментальное оснащение технологии нарезания зубьев специальных конических колес с постоянным нормальным шагом // Резание и инструмент.-Харьков: ХГПУ.-1993.-Вып.47.-С.101-103. Автором розроблені нові конструкції спеціальних обкатних інструментів.

Кондусова Е.Б. Типовая 3D модель съема припуска для обработки круглых валов и отверстий точечными режущими инструментами // Вестник Харьковского государственного политехнического университета (серия “машиностроение”). - Харьков: ХГПУ.-1999.-Вып. 54.-С.67-70.

Кондусова Е.Б. Расчёт кинематических параметров при формообразовании фасонных деталей обкаточными инструментами с заданным профилем на станках с ЧПУ // Резание и инструмент в технологических системах.- Харьков: ХГПУ. - 1997. Вып. 51 - С. 136_138.

Кондусова Е.Б. Аналитическое описание пути и продолжительности резания при механической обработке с использованием многопараметрических отображений // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ.- 1999. - Вып. 29. - С. 91-94.

Кондусова Е.Б. Расчет площади пятна контакта заготовки и передней поверхности инструмента при поверхностном деформировании и резании // Автомобильный транспорт. - Харьков: ХГАДТУ.-1998.-С. 23-25.

Тернюк Н.Э., Кондусова Е.Б., Устиненко А.В. Геометрические особенности сферического зубчатого колеса с постоянным нормальным шагом и область существования двухпараметрического зацепления с цилиндрическим колесом //Теория механизмов и машин. - Харьков. 1990. - Вып.48 - С.36-39. Автором визначені основні геометричні параметри колеса і зачіпленні інтервали допустимих параметрів.

Раб А.Ф., Кондусова Е.Б., Дудукалов Ю.В. Выбор оптимальной функции алгоритма управления процессом автоматизированного шлифования кругами из СТМ // Резание и инструмент. - Харьков: ХГПУ.-1993.-Вып. 48.-С. 71-73. Автором виявлені кінематичні особливості процесу атоматизованого шліфування.

Кондусова Е.Б., Сашкова Н.В. О геометрической интенсивности съема припуска при обработке резанием // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 1999. - Вып. 47.-С.52-55. Розрахунок інтенсивності заснований на розробленому автором узагальненому алгоритмі геометричного моделювання зняття припуску при різанні.

Кондусова Е.Б. Геометрические условия срезания припуска при точении // Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин. - Харьков: ХГТУСХ. -1999.- С.98-102.

Тернюк Н.Э., Кондусова Е.Б., Расчет координат режущей кромки фасонного резца с конической передней поверхностью.//Резание и инструмент. - Харьков, 1987. - Вып.38 - С.99-101. Автором запропоновано методику розрахунку.

Кондусова Е.Б. О начальных поверхностях обкаточных инструментов для формообразования сферических колес с эквидистантными зубьями // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1998.-Вып. 52-С. 104-108.

Родин П.Р., Кондусова Е.Б., Сашкова  Н.В. Особенности съема припуска при механической обработке цилиндрических деталей инструментальным цилиндром // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ .- 1999.- Вып.-43.- С.68-73. В статті використане теоретичне положення автора про проміжний елемент, що замітає, при знятті припуску.

Кондусова Е.Б. Методика расчета объема снимаемого слоя при обработке резанием и поверхностным деформированием // Резание и инструмент в технологических системах.- Харьков: ХГПУ.-1999.- Вып.53 -С.85-91.

Кондусова Е.Б. Методика расчета объема снимаемого слоя при обработке резанием и поверхностным деформированием // Резание и инструмент в технологических системах.- Харьков: ХГПУ.-1999.- Вып.53 -С.85-91.

Кривошея А.В., Кондусова Е.Б., Третяк Т.Е., Федорова О.Н. Параметри-ческое описание процесса образования впадины между зубьями при обработке цилиндрических зубчатых колес с неэвольвентным профилем // Вестник Харьковского государственного политехнического университета (серия “Новые решения в современных технологиях”). - Харьков: ХГПУ.-1999.- Вып. 45.-С.35-37. Автором запропонована методика конкретизації узагальненої геометричної моделі зняття припуску стосовно до обробки западин між зуб'ями.

Лю Мень Чжоу, Кондусова Е.Б., Кривошея А.В. О взаимосвязи смещения зуборезного инструмента при формообразовании с интервалами смещений производящего колеса, обрабатываемого колеса и исходного контура теоретической рейки // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ-1998.-Вып. 52.-С. 148-153. Автором отримані формули, що пов'язують коефіцієнти зміщень.

Кондусова Е.Б., Мироненко А.Л., Сашкова Н.В., Федорова О.Н. Алгоритм геометрического моделирования режущего инструмента как композиции из элементов, описанных многопараметрическими отображениями // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1999. - Вып.54 - С.143-147. Автор запропонував послідовність моделювання з використанням багатопараметричних відображень.

Кондусова Е.Б. О геометрическом трехмерном (3D) моделировании взаимосвязанных процессов съема припуска и формообразования при обработке резанием // Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: ХГПУ.-1998.-С.157-161.

Кривошея  А.В., Кондусова Е.Б., Третяк Т.Е., Федорова О.Н. О геометрическом моделировании зубьев производящих зубчатых колес на основе многопараметрических отображений // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Харьков: ХГПУ. - 1999.- Вып.7.-С.154-159. Використана запропонована автором методика прикладення багатопараметричних відображень афінного простору до задачі геометричного моделювання зуб'їв виробляючих колес.

Кривошея А. В., Кондусова Е.Б., Лю Мень Чжоу, Федорова О.Н. Геометрическая модель впадины между зубьями зубчатого колеса при формообразовании производящей рейкой // Вестник Харьковского государственного политехнического университета (серия “машиностроение”). - Харьков: ХГПУ.-1999.-Вып. 54.-С.62-66. Автором отримані математичні описи рухів, що замітають.

Кондусова Е.Б, Сашкова Н.В. Приложение многопараметрических отображений к моделированию съема припуска при точении безвершинным резцом // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ.-1999.-Вып.32.- С.113-117. Автор розробив узагальнену геометричну модель зняття припуску як основу для вирішення наданої конкретної задачі.

Кондусова Е.Б. О кинематическом критерии, различающем переднюю и заднюю поверхности инструментов при автоматизированном проектировании // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Харьков: ХГПУ. - 1998.-С. 107-111.

Лю Мень Чжоу, Кривошея А.В., Кондусова Е.Б. , Третяк Т.Е. Числовая параметрическая информация о галтелях обрабатываемых зубчатых кол'с, полученная при автоматизированном проектировании долбяков // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье” - Харьков: ХГПУ. - 1997. - С. 158-163. Використано виконаний автором аналіз процесу формоутворення галтелей.

Кондусова Е.Б. Расчёт числовой информации для формообразования рабочих поверхностей зубчатого колеса на CNC - станке // Труды междунар. семинара. “Interpartner'97”. - Харьков: ХГПУ.- 1997. - с.125-127.

Кондусова Е.Б. Алгоритм проектирования фасонных копирующих режущих инструментов // Труды междунар. конференции “MicroCAD'97”. - Харьков: ХГПУ. - 1997. - C.125-127.

Кондусова Е.Б., Третяк Т.Е., Кривошея А.В. Алгоритм расчёта профиля огибающих поверхностей для обкаточных инструментов и деталей // Труды международной конференции “Новые технологии в машиностроении”. - Харьков. -1996. - С. 140-142. Автор розробив методику розрахунку параметрів інструментальних поверхонь.

Гузий К.В., Кондусова Е.Б., Титаренко В.Ф., Полищук В.В. Инвариантные подсистемы автоматизированного профилирования фасонных режущих инструментов и подготовки геометрической информации для формообразования сложных поверхностей в машиностроении //Труды междунар. конф. “MicroCAD'92”. - Харьков: - 1992. - C.32-33. При профілюванні інструментів використано розроблену автором геометричну модель формоутворення.

Кондусова Е.Б. Математическое описание формообразующих элементов обкаточных резцов для обработки специальных зубчатых колёс // Труды международной конференции “Interpartner'94”. - Харьков: - 1994. - C.106-107.

АНОТАЦІЇ

Кондусова О. Б. Тривимірне геометричне моделювання зняття припуску, формоутворення і проектування інструментів при обробці різанням - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01- процеси механічного опрацювання, верстати й інструменти. - Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 1999.

Дисертація присвячена геометричному моделюванню зняття припуску, формоутворення і проектування інструментів при обробці різанням в машинобудуванні. У дисертації розроблена нова узагальнена тривимірна модель зняття припуску, засноване на багатопараметричних відображеннях. Модель об'єднує процеси формоутворення і зняття припуска взаємозв'язку з моделями оброблюваних деталей і інструментів. Виявлені найбільше суттєві геометричні ознаки способів обробки. Запропоновано новий алгоритм конкретизації моделей й основи їхньої систематизації. Рекомендовані алгоритми моделювання ріжучих інструментів регламентованим відніманням і формуванням композицій з точкових й фасонних елементів. Розроблена методика розрахунку площі плями контакту, швидкості, шляху і тривалості різання, об'ємів шару, що зрізається, інтенсивності зняття. Отримані моделі, алгоритми і методики забезпечують компактність формалізації. Вони можуть бути практично використані в геометричному забезпеченні CAD/CAM систем технологічного призначення і при моделюванні процесів різання матеріалів.

Ключові слова: геометрична модель, різання, формоутворення, інструмент, зняття припуску, відображення, параметр.

Condoosova E.B. Three-dimensional geometrical modeling of shear allowance, intermutation and designing tools by machining cutting - Manuscript

Dissertation for degree of the doctorship of the technical sciences by speciality 05.03.01- “Mechanical treatment processes, machine tool and equipment” - Kharkov state motor-traffic technical university, Kharkov, 1999.

Dissertation is devoted to geometrical modeling of shear allowance, intermutation and designing tools by machining cutting in engineering. In dissertation, new three-dimensional model of shear allowance founding on the multi-parametrical reflections is devised. Model integrates processes of intermutation and shear allowance, interaction of models of workpieces and tools. Optimal fundamental combinations of geometrical indications means of treatment are showed. New algorithms of model's concretion and principles of their systematisation are proposed. Algorithms of modeling of the cutting tools by the regulate deduction and formation of composition wherefore high-rise moulded elements are advised. Method of calculation of contact sport area, speed, trajectory and time-value cutting, bulk of shear allowance, intensity lower is elaborated. Received models, algorithm and method provides of compact of formality. They may be practically used in the geometrical providing of CAD/CAM systems of technical function and by modeling mechanical treatment processes.

Content words: geometrical model, cutting, intermutation, tool, shear allowance, reflection, parameter.

Кондусова Е. Б. Трехмерное геометрическое моделирование съема припуска, формообразования и проектирования инструментов при обработке резанием. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01- процессы механической обработки, станки и инструменты. - Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 1999.

В диссертации разработана новая обобщенная трехмерная модель, объединяющая съём припуска и формообразование поверхностей в их взаимосвязи. Обобщённая модель содержит как составные части (модули) геометрические модели инструмента, заготовки, обрабатываемой детали и математические описания кинематики резания и формообразования. В нее также включены отношения между множествами, которыми представлены все участники взаимосвязанных процессов снятия припуска и формообразования: инструмент, заготовка, деталь, их поверхности и кромки, заметаемая область и поверхность резания, снимаемый слой, формообразующие и контактные линии и поверхности, пятно мгновенного контакта и другие. Использованы отношения принадлежности, включения, равенства, операции пересечения, объединения, вычитания.

Основой обобщенной модели является общее уравнение многопараметрических отображений. В модель включены общая структура отображений и их дифференцирования, наборы унифицированных операторов, параметров и связей между ними.

Дифференцированием отображений получены и включены в обобщенную модель выходные показатели и геометрические условия процесса съема припуска, а также геометрические характеристики моделируемых объектов (конгруэнции касательных и нормалей, кривизна поверхностей, квадратичные формы).

В относительном движении инструмент как трехмерная ограниченная фигура заметает в пространстве новую трехмерную фигуру (заметаемую область).Подмножество точек, принадлежащих пересечению этой области и заготовки, есть срезаемый слой.

Введено и использовано понятие пятна контакта на передней поверхности инструмента. Определения передней и задней поверхности дополнены различающим их критерием.

Установлены, доказаны и отражены в моделях неразрывная взаимосвязь и геометрическая общность между процессами съема припуска и формообразования при резании.

В диссертации исследованы геометрические свойства способов обработки.

Изучено поле унифицированных математических описаний, которое существует над полем свойств и связей между ними. На основе анализа существенных свойств как признаков предложен начальный подход к систематизации частных геометрических моделей съема припуска и алгоритм их конкретизации из обобщенной модели. В диссертации рассмотрены наиболее характерные типовые и специальные модели. В них отражены различия между фасонными и точечными, копирующими, касающимися и обкаточными режущими инструментами. Рекомендованы алгоритмы моделирования режущих инструментов регламентированным вычитанием и формированием композиций из точечных и фасонных элементов.

Разработана методика расчета параметров, характеризующих съем припуска и степень геометро-кинематического нагружения инструментов (площади пятна контакта, скорости, пути и длительности резания объемов срезаемого слоя, интенсивности съема).

Полученные модели, алгоритмы и методики обеспечивают компактность формализации и могут быть практически использованы в геометрическом обеспечении CAD/CAM систем технологического назначения, а также как геометрическое ядро моделей процесса резания материалов.

Результаты диссертации внедрены в разработанной при участии автора системе автоматизированного проектирования режущих инструментов CAD CT, а также при совершенствовании формообразования стандартных зубчатых колес и изготовлении двухпараметрических передач, обладающих расширенными эксплуатационными возможностями.

Ключевые слова: геометрическая модель, резание, формообразование, инструмент, съем припуска, отображение, параметр.

Размещено на Allbest.ru