Обоснование параметров шероховатости при обработке формообразующей оснастки мелкоразмерным инструментом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование параметров шероховатости при обработке формообразующей оснастки мелкоразмерным инструментом

А.В. Никитенко, В.М. Давыдов, А.А. Прокопенко

Аннотация

На основе анализа требований к эксплуатационным показателям качества поверхностей формообразующей модельной оснастки и анализа кинематики процесса гравирования определены зависимости между технологическими параметрами мелкоразмерной обработки и параметрами шероховатости поверхностей.

Ключевые слова: гравирование, шероховатость, нейронная сеть, модельная оснастка, формообразование, мелкоразмерный инструмент.

В настоящее время известен ряд работ, посвященных анализу влияния шероховатости обработанной поверхности на эксплуатационные показатели большого количества деталей машиностроительного производства [1-4]. При этом выбор параметров шероховатости не всегда является результатом анализа служебного назначения рассматриваемой поверхности. Зачастую регламентируется параметр Ra, являющийся предпочтительным параметром шероховатости (ГОСТ 2789-73).

В настоящей статье рассматривается методика назначения параметров микрогеометрии поверхностей формообразующей модельной оснастки, их взаимосвязь со служебным назначением исследуемых поверхностей и способы прогнозирования формы микрогеометрии поверхностей при обработке на многокоординатных гравировально-фрезерных станках.

При обработке широкого класса деталей, таких, как мастер-модели для литья по выплавляемым моделям, сложнопрофильные электроды для электроэрозионной обработки, мелкоразмерные пуансоны и матрицы штампов, наиболее распространенным способом получения сложнопрофильных поверхностей является гравирование.

Требования по точности, волнистости и шероховатости к формообразующей оснастке, как правило, на 1-2 класса выше, чем к деталям, получаемым штамповкой или литьем.

Анализ требований к качеству формообразующих поверхностей модельной оснастки показал, что наиболее значимыми параметрами с точки зрения функционального назначения являются следующие [5]:

Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам.

Ry - максимальная глубина профиля.

a - среднее арифметическое значение угла наклона профиля

q - среднее квадратичное значение угла наклона профиля

Lr - коэффициент длины профиля.

где L - опорная длина профиля; y(x) - высота профиля; N - число измерений высоты профиля; y_n - высота профиля, измеренная в точке n; y_n+1 - высота профиля, измеренная в точке n+1.

Столь специфические параметры шероховатости обусловлены служебным назначением формообразующих поверхностей, а следовательно, необходимостью обеспечения простого изъятия детали из формы, отсутствия схватывания поверхностей детали и оснастки, долговечности мастер-моделей и штампов. мелкоразмерный обработка шероховатость гравирование

Отмечается [6], что при обработке поверхностей двойной кривизны зачастую единственным способом формообразования является точечное касание инструмента и заготовки, хотя данный способ имеет существенный недостаток - низкую производительность.

На производительность процесса гравирования значительное влияние оказывают два фактора: шаг смещения инструмента и минутная подача. Шероховатость поверхностей, вызванная кинематическими особенностями процесса обработки, имеет характерный вид: так называемые гребешки, остающиеся между двумя смежными проходами инструмента. Величина и форма этих гребешков зависят от геометрических параметров инструмента и шага смещения инструмента.

В статье проанализированы различные варианты образования гребешков при обработке наиболее распространенными типами граверов. Полученные результаты позволяют прогнозировать значения шероховатости поверхностей сложной формы.

Так как в большинстве стратегий обработки используется одинаковый шаг смещения за проход, последовательность положений гравера будет иметь вид, показанный на рис. 1.

Рис. 1. Последовательность положений гравера при обработке наклонной поверхности (а) и параметры обработки, влияющие на шероховатость поверхности (б)

Формообразующие поверхности, обрабатываемые на трехкоординатных гравировально-фрезерных станках, имеют сложную криволинейную форму. При наиболее распространенных стратегиях обработки шаг между проходами не зависит от формы рельефа, что вызывает различие в форме гребешков на криволинейных участках поверхностей. В результате анализа зависимостей максимальной высоты микронеровностей от угла наклона обрабатываемой поверхности обнаружилось, что максимальная шероховатость наблюдается при угле 45 при обработке гравером с плоской кромкой и при угле 67 при обработке гравером со скругленной кромкой. Однако измерение гравера показало, что его номинальный профиль не совпадает с фактическим (рис.2). Это вызывает изменение формы кривой зависимости шероховатости от угла наклона обрабатываемой поверхности.

Рис. 2. Режущая кромка гравера (а) и ее номинальный и фактический профили (б)

Численное моделирование формы гребешка показало, что даже при отклонении профиля инструмента от номинального на величину 5…10 мкм зависимость шероховатости от угла наклона обрабатываемой поверхности имеет несколько максимумов. Это приводит к увеличению высоты микронеровностей при небольших углах в 1,5-2 раза.

В ходе эксперимента сравнивались значения шероховатости поверхности после обработки с результатами моделирования профиля поверхности на основе фактического профиля инструмента. Результаты эксперимента приведены на рис. 3. Обработка велась коническим гравером с радиусной кромкой (радиус 0,3 мм); угол заострения гравера-36, глубина резания-0,3 мм, подача-200 мм/мин, частота вращения шпинделя-12000 об/мин. Обрабатываемый материал - полиметилметакрилат.

Полученные зависимости и методика определения параметров микронеровностей поверхностей позволят на этапе технологической подготовки производства выбирать такие технологические параметры, которые, удовлетворяя требованиям качества геометрических характеристик поверхностей, обеспечат большую производительность обработки и снизят время доработки. Кроме этого, ужесточение требований к точности профиля гравера, получаемого при заточке, позволит повысить качество обрабатываемых поверхностей при определенных параметрах геометрии формообразующей оснастки.

Для повышения эффективности технологической подготовки производства формообразующей модельной оснастки необходимо классифицировать и формализовать параметры обрабатываемых поверхностей. Для этого используется вектор конструкторско-технологических параметров элементарной поверхности [7]. Поскольку размерные характеристики поверхности не могут быть выражены небольшим числом геометрических параметров, так как встречается большое разнообразие поверхностей, то на практике используются лишь определенные конечные приближения на основе матрицы, задающей поле точек поверхности. Поэтому целесообразным представляется ввести частный случай поверхности сложной формы, для которой будет определен свой вектор конструкторских и геометрических параметров, учитывающих специфику таких изделий, как модели и штампы. К таким параметрам можно отнести:

1. Габариты поверхности (x, y, z).

2. Материал модели (M).

3. Требуемые параметры точности и шероховатости (Д, Ra).

4. Параметры детализации поверхности (W), необходимые для назначения геомерии инструмента.

5. Метод задания геометрических параметров поверхности (S).

Рис. 3. Экспериментальные зависимости шероховатости от угла наклона поверхности при обработке полиметилметакрилата гравером со сферической кромкой

Выходными параметрами нейронной сети являются подача (F), стратегия обработки (S), частота вращения шпинделя (n), время обработки (t), производительность обработки (Q).

Моделирование процесса обработки является сложной задачей, поскольку число входных и выходных параметров достаточно велико, поэтому предлагается использование методов нейросетевого моделирования. Использование многослойных нейронных сетей позволяет аппроксимировать гладкие функции нескольких переменных практически любой сложности [8]. При этом при правильно настроенных параметрах сети зависимости могут анализироваться в диалоговом режиме пользователем, не имеющим специальной подготовки по проектированию нейронных сетей. На рис. 4 представлена структура нейронной сети для рассматриваемой задачи.

Данная нейронная сеть представляет собой сеть Хопфилда с одним скрытым слоем. Нейронная сеть обучается по экспериментальным данным, полученным при обработке ряда материалов по методу обратного распространения.

Моделирование работы нейронной сети в программе Neural Network Wizard v.1.5 показало приемлемую достоверность результатов. Данные методы могут быть использованы при создании адаптивной системы для управления процессами изготовления формообразующей модельной оснастки мелкоразмерным инструментом.

Список литературы

1. Хусу, А.П. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход)/А.П.Хусу.-М.,1975. - 344 с.

2. Дьяченко,П.Е.Количественная оценка неровностей обрабатываемой поверхности/П.Е.Дьяченко.-М., 1963. - 140с.

3. Маталин, А.A. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин/А.А.Маталин.-М.;Л: Машгиз, 1965. - 288с.

4. Дунин-Барковский, И.В. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности/И.В.Дунин-Барковский.- М.: Машиностроение, 1978. - 232 с.

5. Application guide manual for surfcom series surface roughness & waviness parameters/ Tokyo Seimitsu Co. Ltd. - Tokyo, 2006. - 96 с.

6. Радзевич, С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории: монография /С.П.Радзевич.-Киев: Растан, 2001. - 592с.

7. Решетникова, О. В. Интеллектуальная система выбора параметров сопрягаемых поверхностей деталей на стадии проектирования / О. В. Решетникова, В. М. Давыдов// Конструкторско-технологическая информатика - 2005: тр. V Междунар. конгресса. - М.:Станкин, Янус-К, 2005. - С.112-115.

8. Основы построения нейронных сетей : учеб. пособие / В. М. Давыдов, Е. С. Бойко. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. - 67 с.

Размещено на Allbest.ru