Разработка на основе метода конечных элементов модели и способа управления траекторией рабочего движения инструмента при фрезеровании сложнопрофильных деталей (на примере лопаток компрессора газотурбинного двигателя)
Разработка модели процесса фрезерования на основе метода конечных элементов, учитывающей изменение жесткости детали в процессе обработки. Описание метода компенсации неравномерного удаления припуска при фрезеровании маложестких сложнопрофильных деталей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.08.2018 |
| Размер файла | 787,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
Разработка на основе метода конечных элементов модели и способа управления траекторией рабочего движения инструмента при фрезеровании сложнопрофильных деталей (на примере лопаток компрессора газотурбинного двигателя)
05.02.08 - Технология машиностроения
кандидата технических наук
Станкевич Станислав Анатольевич
Рыбинск, 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования - Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева на кафедре «Технология авиационных двигателей и общего машиностроения»
Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Безъязычный Вячеслав Феоктистович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Михайлов Станислав Васильевич
кандидат технических наук Михрютин Олег Владимирович
Ведущая организация: ОАО «Пермский Моторный Завод», г. Пермь
Защита диссертации состоится «29» октября 2008 г. В 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 в ГОУ ВПО Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской области, ул. Пушкина, 53, ауд. Г-234
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева.
Автореферат разослан « 24 » сентября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Конюхов Б.М.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Одной из наиболее ответственных деталей газотурбинного двигателя (ГТД) является лопатка компрессора. Изготовление компрессорных лопаток связано с рядом трудностей - сложностью геометрической и пространственной формы пера, высокими требованиями по точности изготовления, высокой трудоемкостью изготовления - 25…30% от общей трудоемкости изготовления ГТД. Значительной проблемой является применение фрезерных многоосевых обрабатывающих центров с ЧПУ для изготовления сложнопрофильных поверхностей лопатки.
Во-первых, при фрезеровании постоянно изменяются силы резания, что приводит к вибрациям, деформациям и перемещениям участков заготовки. Во-вторых, жесткость лопатки в системе СПИЗ из-за геометрии пера наименьшая. В-третьих, для многоосевой сложнопрофильной обработки характерно применение так называемых углов наклона и атаки оси вращения фрезы, значения которых в настоящее время устанавливаются только исходя из опыта. В итоге траектория движения инструмента, рассчитанная при подготовке управляющей программы для абсолютно твердой детали накладывается на деформирующуюся в процессе обработки заготовку, что отражается на геометрических характеристиках готовой детали.
Применение существующих аналитических зависимостей к сложному пространственному телу для расчета сил резания, напряжений и деформаций обрабатываемой заготовки связано с грубой схематизацией процесса фрезерования. И в случае расчетов для тел сложной формы существующие методики расчета не обладают достаточной универсальностью.
Таким образом, применение новых для науки о резании металлов математических методов, в частности метода конечных элементов (МКЭ), представляет определенный научный интерес. Кроме того, актуальным является разработка на основе МКЭ модели процесса фрезерования от заготовки до готовой детали и использование данной модели для теоретического расчета деформаций и напряжений в заготовке, сил резания при фрезеровании по управляющей программе разнообразных сложнопрофильных деталей ГТД.
Цель работы. Разработка математической модели и способа компенсации геометрических погрешностей многоосевого фрезерования концевыми цилиндрическими фрезами маложестких сложнопрофильных деталей газотурбинных двигателей на основе метода конечных элементов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать научные публикации, посвященные моделированию лезвийной обработки с помощью МКЭ и расчету параметров процессов резания
2. Разработать математическую модель процесса фрезерования на основе метода конечных элементов, учитывающую изменение жесткости детали в процессе обработки, съем припуска, расчет сил резания и деформации в обрабатываемой заготовке.
3. Разработать метод компенсации неравномерного удаления припуска при фрезеровании маложестких сложнопрофильных деталей.
4. На основе конечно-элементной модели фрезерования и свойств обрабатываемого материала спрогнозировать силы резания, напряжения и деформации в обрабатываемой заготовке при фрезеровании.
5. Исследовать влияние углов наклона и атаки оси вращения концевой цилиндрической фрезы на процесс фрезерной обработки в части сил резания и деформаций обрабатываемой заготовки и выработать рекомендации по их назначению при разработке управляющих программ для станков с ЧПУ.
6. На основе конечно-элементной модели фрезерования разработать автоматизированную компьютерную программу, позволяющую проводить расчет напряжений, деформаций и сил резания при фрезеровании сложнопрофильной заготовки.
Основные положения, выносимые на защиту:
- конечно-элементная модель фрезерной обработки;
- способ управления траекторией режущего инструмента, учитывающий деформации в процессе фрезерования;
- закономерности изменения силы резания в зависимости от углов наклона и атаки;
- закономерности изменения величины перемещений участков обрабатываемой заготовки в зависимости от углов наклона и атаки.
Общая методика исследований. Теоретическое моделирование процессов фрезерной обработки базировалось на элементах теории упругости и пластичности, теории подобия процесса резания С.С. Силина, метода конечных элементов. Математическое обеспечение расчетов и проверка теоретических выкладок проводилась с использованием математического аппарата линейной и матричной алгебры и авторских алгоритмов расчета в среде MatLAB. Экспериментальные исследования проведены по стандартным и оригинальным методикам на базе опытно-технологической лаборатории РГАТА имени П.А. Соловьева. Для статистической и аппроксимационной обработки экспериментальных данных применялся пакет Excel, Win ПОС Expert.
Научная новизна:
- Конечно-элементная математическая модель концевого фрезерования, учитывающая неравномерное удаление припуска вследствие низкой жесткости обрабатываемой заготовки;
- Способ разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, состоящий в том, что траектория управляющей программы корректируется исходя из неравномерности удаляемого с поверхности заготовки припуска;
- Уточнены критерии подобия для процесса фрезерования путем учета углов наклона и атаки оси вращения фрезы. Теоретически обосновано с позиций теории подобия влияние углов наклона и атаки оси вращения фрезы на проекции силы резания.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Для практического использования результатов работы в среде MatLAB была разработана компьютерная программа моделирования фрезерования лопаток компрессора ГТД с помощью метода конечных элементов «Интеграция» (рег. № ВНТИЦ 50200800183); предложен новый принцип разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, основанный на способе управления траекторией движения инструмента; приведены рекомендации по назначению углов наклона и атаки оси вращения фрезы при фрезеровании концевыми сферическими фрезами; дополнена библиотека среды MatLAB алгоритмами и функциями, необходимыми для решения задач методом конечных элементов и моделирования фрезерования.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений» (Рыбинск, 2006); международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей» (Рыбинск, 2007); международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики - АНТЭ-07» (Казань, 2007); научно-технической конференции «Научное и программное обеспечение в образовании и научных исследованиях» (Санкт-Петербург, 2008); международной научно-технической конференции «Современные технологии - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, 2008) - диплом за лучший доклад; на научных семинарах кафедры «Технология авиационных двигателей и общего машиностроения», РГАТА им. П.А. Соловьева, 2005-2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка использованных источников, приложений. Объем работы - 160 страниц машинописного текста, включающего 123 рисунка, 9 таблиц, 43 формулы, список использованных источников из 84 наименований.
Основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы представленной диссертационной работы, приведены цели, задачи и структура диссертационной работы, излагаются научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе обосновывается значение фрезерной многокоординатной обработки для изготовления сложнопрофильных деталей, в частности лопаток компрессора ГТД. Приведены технологические особенности изготовления пера лопатки компрессора ГТД, рассматриваются способы фрезерной обработки, типы фрезерных инструментов, схемы закрепления лопатки в приспособлении на станке, проведен анализ погрешностей, возникающих в процессе фрезерной обработки маложестких деталей. На основании анализа фрезерной многоосевой обработки выделены погрешности, оказывающие существенное влияние на величину деформаций и перемещений обрабатываемой поверхности маложесткой заготовки, а соответственно и на геометрическую точность: погрешность, обусловленная деформацией заготовки от силы резания, погрешность от силы закрепления, погрешность из-за вибраций, возникающих в процессе фрезерной обработки. Приведены опытные данные, подтверждающие наличие перемещений участков заготовки при фрезеровании. Также проведен анализ ранее выполненных работ, посвященных моделированию фрезерной обработки с помощью метода конечных элементов таких ученых, как В.?А. Остафьев, Klamecki B.?E., Strenkowsky, Altan T., Tay A.?O. и расчету напряженно-деформированного состояния в зоне резания традиционными аналитическими и эмпирическими методами - С.?С. Силин, В.?Ф. Безъязычный, Н.?Н. Зорев, В.?С. Кушнер и др. На основании проведенного анализа были сделаны следующие выводы:
– недостаточно работ, посвященных исследованию многоосевого фрезерования концевыми сферическими и коническими фрезами, так как применяются они преимущественно при многокоординатной лезвийной обработке, которая появилась вместе с началом производства многокоординатных обрабатывающих центров;
– недостаточно исследовано влияние на силы резания и величину перемещений участков обрабатываемой заготовки углов наклона и атаки, задаваемых осям вращения концевых фрез;
– численные методы определения напряженно-деформированного и температурного состояния обрабатываемой заготовки занимают значительное место в работах ученых при разработке моделей резания. В частности применение МКЭ выводит моделирование резания на новый качественный уровень, еще более приближая модель процесса к его естественному состоянию
– на сегодняшний день нет достаточно универсальных компьютерных программ, которые бы при разработке управляющих программ для лезвийной обработки учитывали силы резания и деформации детали в процессе обработки, а также съем припуска
В первой главе также представлены данные по достоверности конечно-элементной модели резания, рассмотрены преимущества и недостатки метода конечных элементов, приведена концепция компьютерной программы на основе метода конечных элементов для обработки деталей ГТД типа «лопатка» и ее место в технологической подготовке производства. Основная идея данной концепции состоит в том, что необходимо интегрировать системы инженерных расчетов в системы подготовки управляющих программ для того, чтобы до лезвийной обработки прогнозировать силы резания, деформации и перемещения участков конкретной обрабатываемой заготовки.
Во второй главе представлено обоснование разрабатываемой автором модели многоосевого фрезерования маложестких деталей и способа корректировки рабочего движения инструмента.
Действительно, при фрезеровании профиля пера лопаток, лопастей моноколес в различных точках профиля возникают перемещения, достигающие, например, для компрессорной лопатки 0,5 мм, что соответствует припуску на операцию обработки. Обычно траектория движения инструмента формируется в САПР УП по трехмерной «идеальной» модели - перемещения и деформации в процессе обработки по данной программе не могут быть учтены, поэтому возможно удаление материала обрабатываемой заготовки сверх припуска либо наоборот «недорез». Чтобы рассчитать деформации и перемещения в процессе обработки предлагается использовать метод конечных элементов. В качестве основы использовались формулировки метода конечных элементов, описанные одним из теоретиков данного метода O.?C. Zienkiewicz.
Допускаем, что перемещения инструмента, порождающие деформации металла, являются первичным процессом, определяющим дальнейшее развитие процесса резания наравне со свойствами обрабатываемого материала. Для того чтобы применить МКЭ к описанию процессов резания следует установить ряд ограничений:
- в процессе фрезерования износ инструмента отсутствует, так как при фрезеровании маложестких заготовок ГТД в производстве исходят из принципа один инструмент - одна деталь;
- деформации инструмента и приспособления отсутствуют. Считаем, что для рассматриваемого типа обрабатываемых заготовок деформациями инструмента и приспособления по сравнению с деформациями обрабатываемой заготовки можно пренебречь;
- обрабатываемая заготовка представляет собой однородное монокристалллическое изотропное несжимаемое тело;
- температура окружающей среды принимается равной 200 C;
- 3-D модель заготовки в CAD-системе соответствует заготовке из металла;
- конструкция приспособления всегда выполнена в соответствии с требованиями технологического процесса.
Основной математической зависимостью для описания фрезерования с помощью МКЭ является матричное дифференциальное уравнение (1) для решения нестационарных задач, которое является, которое является следствием универсального квазигармонического уравнения, описывающего физический процесс колебания трехмерного тела произвольной формы (2):
(1)
где [K] - матрица жесткости системы, [M] - матрица масс системы, [U] - матрица-столбец перемещений узлов, t - время, [FK] и [FM] - силы упругости и инерции.
(2)
где u - перемещения, K - модуль упругости материала, - приложенная в зависимости от времени нагрузка, с - плотность материала.
Заготовка лопатки, закрепляемая в приспособлении на станке, рассматривается как трехмерное тело в машинной системе координат, состоящее из элементов тетраэдральной формы (рисунок 1).
Рис. 1. Схема расчета
Каждый элемент содержит по 4 узла в вершинах. Задаются два типа граничных условий. Первый тип - статические. Установка заготовки на многокоординатном обрабатывающем центре при обработке профильной части осуществляется по двум центровым отверстиям на замке и одной бобышке. Следовательно, в узлах, принадлежащих конечным элементам, расположенным в области центров и бобышек задаются нулевые проекции перемещений - UЗАКР. Второй тип кинематических граничных условий - динамические. Данный тип граничных условий моделирует контакт между инструментом и заготовкой. Разбитое на конечные элементы тело, определяется в пространстве OmXmYmZm через координаты узлов конечных элементов. При нахождении инструмента в точке траектории движения т.1 узлы конечных элементов тела располагаются за пределами границ модели инструмента (рисунок 2).
Рис. 2. Схема моделирования контакта инструмента и заготовки
При нахождении инструмента в точке т.2 узлы конечных элементов тела располагаются внутри модели инструмента. Если узел принадлежит внутренней области инструмента или находится на его внешней границе, то считается, что движение узла и инструмента совпадают, рассчитываются абсолютное значение, проекции перемещения, проекции ускорения данного узла на оси системы координат OmXmYmZm при повороте инструмента на величину Дц в момент времени Дt по выражениям (3). Значения UИНСТР = [UX, UY, UZ] для соответствующей узлу строке подставляются в (1) наравне с нулевыми перемещениями. Для контактных узлов определяются тангенциальные ускорения (4) как производные от выражений (3) - время связано с углом поворота фрезы (5):
(3)
(4)
(5)
где SОБ - подача на оборот (мм/об), и - угол смещения точки относительно «нулевого» положения (рад), Rz - высота, на которой находится центр окружности с рассматриваемой точкой (мм), R - радиус окружности с движущейся по ней точкой, «at» - угол атаки, «na» - угол наклона, n - частота вращения, Дц - приращение угла поворота.
Решением уравнения (1) являются неизвестные силы и перемещения. Последние позволяют определить распределение напряжений и деформаций по всему объему как в пределах упругости, так и в состоянии пластичности. В качестве зависимости, описывающей поведение материала используется функция интенсивности напряжений уi от интенсивности деформаций еi. Основываясь на гипотезе А. А. Ильюшина о независимости интенсивности напряжений от вида напряженного состояния, считаем, что функция справедлива для трехмерного напряженного состояния. Следовательно, достаточно определять деформации в определенные моменты нагружения, на их основе рассчитывать интенсивности напряжений и определять по диаграмме одноосного растяжения значение секущего модуля упругости. фрезерование припуск обработка сложнопрофильный
Если эквивалентные напряжения для какого-либо конечного элемента превысили текущее значение предела прочности материала, то считаем, что в данной области происходит отделение материала - удаления элемента, достигшего эквивалентного напряжения, равного пределу прочности. Однако, при расчете с использованием «грубого» разбиения расчетного тела градиент напряжений в области, близкой к режущему клину, постоянен. Поэтому для удаления элемента кроме критерия напряжения предела прочности необходимо ввести критерий принадлежности конечного элемента вершине режущего клина. Выборка узлов проводится с помощью набора математических выражений, описывающих геометрию инструмента. Данные выражения совместно с разработанными алгоритмами позволяют моделировать контакт заготовки и инструмента.
Задавая последовательно приращения угла Дц, рассчитываем текущие (для момента времени Дt) значения сил в узлах, перемещения узлов, напряжения и деформации в КЭ. Повторяя, описанные выше действия получаем картину распределения рассчитываемых величин для выбранного участка траектории и момента времени t, конечно-элементную геометрию обработанной заготовки.
Конечно-элементная геометрия сформирована в результате расчета так, что при абсолютно жесткой фрезе с учетом деформаций обрабатывается маложесткая заготовка. Тогда значение снятого припуска и обработанная поверхность уже не будут соответствовать заданному при разработке управляющей программы.
Рис. 3. Схема трансформации рассчитанного объема материала
Конечно-элементную модель, рассчитанная с помощью рассмотренного метода, сравнивается с конечно-элементной моделью, созданной без учета физики процесса, в результате получается набор конечных элементов удаленных сверх припуска, либо наоборот оставшихся. Полученные элементы экспортируются в систему подготовки управляющих программ и трансформируясь (рисунок 3), используются при повторной генерации траектории движения инструмента. Во вновь разработанной управляющей программе инструмент обойдет данные поверхности (рисунок 4).
Рис. 4. Схема корректировки траектории движения инструмента
Во второй части главы 2 представлено теоретическое обоснование характера влияния силы резания на величину перемещений участков заготовки при многоосевой обработке. Особенностью многоосевой обработки является задание отклонения оси вращения фрезы на величины углов наклона и атаки, которые влияют, во-первых, на величины проекций сил резания, во-вторых, применительно к фрезерованию лопатки ГТД существует влияние на величину перемещений, в-третьих, изменяется окружная скорость резания. Углы атаки и наклона вносят вклад в перераспределение проекций силы резания, что теоретически возможно обосновать с помощью теории подобия и выражений для теоретического определения проекций силы резания, разработанных ранее В.Ф. Безъязычным и содержащих критерии подобия. При этом, для расчета при многоосевой обработки следует применять новые выражения по определению критериев подобия Б, Д, Е, B, содержащие углы наклона и атаки "na" и "at":
(6)
(7)
(8)
(9)
Изменение углов наклона и атаки влияет на величину проекций силы резания из-за изменения окружной скорости и толщины сечения среза. Изменение данных параметров влияет на значения критериев Б, В. Увеличение углов наклона/ атаки увеличивает значение критерия Б. При этом величина критерия Б в диапазоне углов атаки 0…20 градусов уменьшается, а затем растет, что отражается и на значении проекции Pz, которая уменьшается до достижения угла атаки примерно 15…20 градусов, а затем из-за влияния вклада критерия Д растет. Увеличение угла наклона также повышает окружную скорость резания, при этом уменьшается величина составляющей Pz и Px. В данном случае критерий Д не оказывает влияния, так как не изменяется толщина сечения среза (рисунок 5).
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 5. Графики зависимости составляющих силы резания в зависимости от углов наклона и атаки
В третьей главе представлены результаты экспериментов, проведенных автором под руководством д.?т.?н., проф. Безъязычного в опытно-технологической лаборатории РГАТА имени П.А. Соловьева. Целями данных экспериментов были: во-первых, сопоставить значения сил резания, деформаций и напряжений, полученных в результате расчета с экспериментальными данными, во-вторых, подтвердить влияние углов наклона и атаки на величину проекций силы резания и соответственно на величину перемещений участков лопатки компрессора ГТД, в-третьих, проверить возможности компенсации отклонений размеров за счет изменения траектории движения инструмента.
На боковой поворотный стол пятиосевого обрабатывающего центра Стерлитамак 500VB был установлен трехкомпонентный динамометр УДМ-600, фрезерование бруска из стали 40Х велось концевой сферической фрезой из твердого сплава, радиус 6 мм. Для всех опытов были приняты одинаковы режимы: подача 600 мм/мин, глубина 0.7 мм, частота 1000 об/мин. Проведение экспериментов подтвердило теоретические выводы об изменении проекций силы резания в зависимости от изменения углов наклона и атаки (рисунок 6). И также подтвердило адекватность модели фрезерования в части определения сил резания (рисунок 7). На рисунке 8 представлены результаты расчета с помощью МКЭ силы резания при фрезеровании бруска стали 40Х.
Рис. 6. Графики сравнения экспериментальных и расчетных данных
Рис. 7. График сравнения экспериментальных и расчетных данных
Рис. 8. Распределение силы резания при фрезеровании бруска
Для того, чтобы измерить напряжения и деформации, возникающие при фрезеровании профиля пера лопатки на пятиосевом обрабатывающем центре Стерлитамак 500VB была скомпонована экспериментальная установка, состоящая из регистрирующего цифрового устройства MIC-300MC, шестнадцатиканальной тензостанции 16СУ28МК. Предварительно на необрабатываемые поверхности заготовки лопатки 1-ой ступени компрессора были наклеены тензодатчики, способные измерять напряжения на поверхности лопатки вдоль оси X (рисунок 9). Для определения зависимости между напряжениями вдоль оси X и перемещениями вдоль Z была проведена тарировка. Обработка результатов измерений проводилась с помощью пакета WinПОС Expert
Рис. 9. Экспериментальная установка для измерения напряжений
В результате обработки опытных данных установлено влияние углов наклона и атаки на величину проекций силы резания, что отражается на величине перемещений участков заготовки лопатки при фрезеровании. Например, увеличение угла наклона увеличивает значение поперечных перемещений обрабатываемых участков пера лопатки. Величина перемещений поверхностей обрабатываемой фрезерованием заготовки лопатки компрессора может достигать 0,25 мм., что соответствует глубине резания на окончательной операции обработки пера. На основании опытов был сделан вывод о том, что собственные формы колебаний существенно влияют на перемещения лопатки в процессе обработки, особенно в процессе врезания фрезы. При установившемся резании воздействие собственных частот отходит на второй план, уступая место воздействию частот, связанных с резанием зубьев и снятием стружки. В большей степени на точность обработки лопатки влияют не отжимы инструмента, а перемещения участков заготовки.
Рис. 10. Распределение напряжений в лопатке компрессора ГТД при фрезеровании кромки, t=0.0084 c
Рис. 11. Распределение деформаций в лопатке компрессора ГТД при фрезеровании кромки, t=0.0055 с
Результаты расчета напряжений и деформаций с помощью МКЭ для операции фрезерования кромки представлены на рисунках 10-11.
В четвертой главе представлена практическая реализация результатов исследования и рассматривается работа разработанной автоматизированной компьютерной программы «Интеграция» (рег. № ВНТИЦ 5020080018). В качестве базовой среды для разработки программы использовалась система математических вычислений MatLAB.
Работа компьютерной программы состоит из трех этапов: формирование исходных данных, проведение расчета, анализ и интерпретация результатов расчета.
Традиционно подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ осуществляется с помощью т.н. CAM-систем. Результатом работы таких программ является траектория движения инструмента, режимы резания, геометрия инструмента. Данные параметры используются разработанной компьютерной программой. Предварительно в Unigraphics-Structures модель заготовки разбивается на конечные элементы. После выполнения данных операций запускается компьютерная программа «Интеграция». С помощью «оконного» интерфейса задаются дополнительные исходные данные для расчета: свойства обрабатываемого материала, геометрия режущего инструмента, расчетный участок траектории. Формируется «цифровая» модель режущего инструмента. Дополнительно проводится сгущение конечно-элементной сетки в контактной области с помощью разработанного алгоритма. После получения исходных данных нажатием на кнопку «Расчет» открывается «окно» сопровождения расчета напряжений, деформаций и силы резания.
В пятой главе приведены основные выводы по работе и соображения автора по дальнейшим исследованиям по данной теме. В частности необходимо:
1. Учесть деформации и износ режущего инструмента;
2. Учесть тепловые деформации заготовки и режущего инструмента;
3. Повысить качество расчетных данных путем совершенствования алгоритмов расчета, повысить качество программного обеспечения.
Основные результаты и выводы
1. Анализ научных публикаций показал необходимость проведенной автором разработки конечно-элементной модели фрезерования для прогнозирования деформаций, перемещений и сил резания при фрезеровании сложнопрофильных заготовок.
2. Изучение работ по теории резания также показало актуальность проведенных автором исследований по изучению влияния углов наклона и атаки на величину деформаций и перемещений участков фрезеруемой заготовки.
3. Разработанная конечно-элементная модель процесса фрезерной обработки учитывает режимы резания, геометрию инструмента, характеристики материала заготовки, съем припуска и позволяет рассчитывать деформации, перемещения участков заготовки и силы резания.
4. Разработанный на основании конечно-элементной модели способ управления траекторией движения инструмента позволяет учитывать в управляющей программе деформации обрабатываемой фрезерованием сложнопрофильной заготовки.
5. На основании анализа процесса фрезерной многоосевой обработки теоретически установлен характер влияния углов наклона и атаки на величину перемещений и деформаций обрабатываемой заготовки. Приведенные формулы для определения критериев подобия учитывают углы наклона и атаки, задаваемые при многоосевой обработке.
6. Проведенные экспериментальные исследования по изучению влияния углов наклона и атаки на величину проекций силы резания подтвердили теоретические выводы и позволили дать рекомендации по назначению данных углов при проектировании операций фрезерной многоосевой обработки.
7. Проведенные экспериментальные исследования по измерениям напряжений и перемещений в процессе фрезерования лопатки компрессора ГТД позволили установить связь между величиной перемещений и режимами обработки пера лопатки, установить характер распределения напряжений в заготовке в процессе фрезерной обработки
Основные положения диссертации отражены в следующих работах
1 Большаков, Е. М. Методы компенсации погрешностей, возникающих при фрезерной обработке компрессорных и турбинных лопаток на пятикоординатных станках с ЧПУ [Текст] / Е. М. Большаков, С. А. Станкевич // Известия ОрелГТУ. Серия «Машиностроение. Приборостроение». - 2005. - №4. - С. 8-13.
2 Станкевич, С. А. Компьютерные технологии моделирования и оптимизации процесса разработки управляющих программ для многокоординатных фрезерных станков с ЧПУ [Текст] / С. А. Станкевич // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2007. - №6 (36). - С. 33-37.
3 Станкевич, С. А. Некоторые особенности фрезерования сложнопрофильных поверхностей деталей ГТД [Текст] / С. А.Станкевич, Е. М. Большаков // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева: Сборник научных трудов. - 2007. - №1(11).- С. 148-150.
4 Станкевич, С. А. Возможности моделирования и оптимизации многокоординатной фрезерной обработки сложнопрофильных деталей ГТД с помощью метода конечных элементов [Текст] / С. А. Станкевич // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева: Сборник научных трудов. - 2007. - № 1 (11). - С. 12-16.
5 Станкевич, С. А. Принципы работы автоматизированной системы моделирования многокоординатного фрезерования на станках с ЧПУ сложнопрофильных деталей ГТД методом конечных элементов [Текст] / С. А. Станкевич // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева: Сборник научных трудов. - 2007. - № 1 (11). - С. 217-219.
6 Станкевич, С. А. Моделирование фрезерной обработки с помощью численных методов [Текст] / С. А. Станкевич // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики - АНТЭ-07», г. Казань, 2007 г., том 1 - С. 279-283.
7 Станкевич, С. А. Моделирование фрезерной обработки с помощью численных методов в MatLAB [Текст] / С. А. Станкевич // Труды научно-технической конференции «Научное и программное обеспечение в образовании и научных исследованиях», г. Санкт-Петербург, 2008 г. - С. 110-113.
8 Станкевич, С. А. Система моделирования фрезерной обработки маложестких деталей ГТД «Интеграция» [Текст] / С. А. Станкевич // М.: ВНТИЦ, 2008. - 5020080018.
9 Станкевич, С. А. Математическое и программное обеспечение расчета неравномерно удаляемого припуска при фрезеровании маложестких деталей ГТД [Текст] / С. А. Станкевич // Справочник. Инженерный журнал, Приложение. - 2008. - № 8. - С. 5-8.
10 Станкевич, С. А. Компенсация неравномерного припуска при фрезеровании нежестких деталей [Текст] / С. А. Станкевич// СТИН. - 2008.- № 8.- С. 37-39.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Раскрытие сущности метода конечных элементов как способа решения вариационных задач при расчете напряженно-деформированного состояния конструкций. Определение напряжения и перемещения в упругой квадратной пластине. Базисная функция вариационных задач.
лекция [461,5 K], добавлен 16.10.2014Разработка эскизов и выбор базовой модели. Разработка моделей конструктивно-унифицированного ряда. Обоснование способа формования и метода крепления, обработки краев деталей верха и сборки их в узлы. Составление схемы сборки заготовки верха обуви.
курсовая работа [558,8 K], добавлен 07.03.2011Особенности проектирования подошв обуви, оценка ее долговечности, стойкости к механическим факторам износа, разновидности дефектов. Суть метода определения деформационных и прочностных характеристик низа обуви на основе конечно-элементного анализа.
автореферат [1,4 M], добавлен 24.08.2010Принцип действия изделия, сборочной единицы, в которую входит деталь. Материал детали и его свойства. Обоснование и описание метода получения заготовки. Разработка маршрута обработки детали. Расчёт режимов резания. Организация рабочего места токаря.
дипломная работа [623,9 K], добавлен 26.02.2010Понятие о методе конечных элементов, его вариационные основы. Вычисление приращения функции, принцип Лагранжа. Аппроксимация конечно-элементной модели сооружения. Матрица жесткости, ее необходимые величины. Интегрирование по объему, расчет длины.
презентация [133,2 K], добавлен 24.05.2014Определение токарной обработки как метода изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт) на токарных станках. Сущность обработки металлов. Анализ технологичности деталей и выбор метода получения заготовки.
курсовая работа [968,8 K], добавлен 23.09.2011Описание работы шлифовальной головки, расчёт и проектирование привода. Предварительный выбор подшипников и корпусов узлов приводного вала. Имитационное моделирование, метод конечных элементов. Создание трехмерных моделей деталей в системе "Компас".
дипломная работа [1,5 M], добавлен 09.11.2016Анализ рабочего чертежа детали, назначение детали, условия работы. Качественная и количественная оценка технологичности. Выбор метода получения заготовки. Определение количества ступеней и припусков, разработка предварительного плана обработки детали.
курсовая работа [136,6 K], добавлен 17.01.2011Разработка технологического процесса производства модельных мужских полуботинок клеевого метода крепления. Характеристика проектируемой обуви. Обоснование выбора способа обработки, отделки, метода крепления деталей, формования и сборки заготовки обуви.
курсовая работа [689,3 K], добавлен 30.09.2013Разработка технологического процесса изготовления корпуса клапанной крышки. Зависимость качества обработки деталей от жесткости и точности металлорежущего станка, а также всех элементов технологической оснастки станка. Обзор себестоимости детали.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 12.08.2017Разработка и совершенствование технологических процессов механической обработки деталей. Описание конструкции и работы изделия, его служебное назначение. Выбор способа получения заготовки, модели промышленного робота. Разработка системы управления.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 15.08.2010Обоснование типа производства. Выбор метода обработки элементарных поверхностей деталей. Разработка маршрута изготовления детали. Выбор вида заготовки и её конструирование. Общая характеристика станка. Нормирование токарных операций. Расчёт силы зажима.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 06.04.2016Обоснование и характеристика выбора модели изделия. Проектирование технологического процесса сборки заготовок обуви. Способ обработки видимых краев деталей верха, сборки деталей в заготовку. Проектирование технологического процесса сборки и отделки обуви.
курсовая работа [487,0 K], добавлен 27.01.2010Расчет программы запуска деталей в производство и определение типа производства. Анализ технических условий и технологичности конструкции детали. Определение метода и способа получения заготовки. Разработка маршрутного описания механической обработки.
курсовая работа [47,2 K], добавлен 14.01.2011Описание работы центробежного насоса. Расчет элемента конструкции ротора. Инженерный анализ вала методом конечных элементов. Разработка каталога разнесенной сборки. Описание и назначение конструкции. Разработка технологического изготовления деталей.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 09.11.2016Разработка цифровой модели мобильной буровой установки. Создание электронной версии разнесенной сборки мобильной буровой установки. Исследование напряжённо-деформированного состояния деталей методом конечных элементов. Разработка пакета документации.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 12.08.2017Описание конструкции компрессора газотурбинного двигателя. Расчет вероятности безотказной работы лопатки и диска рабочего колеса входной ступени дозвукового осевого компрессора. Расчет надежности лопатки компрессора при повторно-статических нагружениях.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 18.03.2012Описание детали-представителя "шток" и маршрут её обработки. Анализ конструкции устройств и механизмов станка. Особенности кинематической схемы и цепей станка. Расчет особо нагруженного зубчатого зацепления. Расчет детали методом конечных элементов.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 30.04.2015Описание мобильной буровой установки. Разработка конструкции механизма подачи, каталога и разнесенной сборки. Инженерный анализ и проектирование детали "Хвостовик" методом конечных элементов. Разработка и оценка программы на обрабатывающем центре.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 27.10.2017Описание консультации и служебного назначения детали. Определение и обоснование типа производства. Выбор вида и метода получения заготовки. Определение глубины сверления и скорости движения резания. Расчет нормы времени. Сравнение вариантов обработки.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 13.06.2013
