Введение к работе
Актуальность работы. Сегодня нас повсюду окружают изделия, изготовленные из пластмасс. Это кухонная утварь, упаковочная тара для различных продуктов (в том числе пищевых, бытовой химии и пр.), корпуса бытовой, медицинской и офисной техники, сотовых телефонов, персональных компьютеров, прочих цифровых устройств и т.п.
Это стало возможным благодаря развитию технологий литья пластмасс под давлением, а также совершенствованию процессов обработки формообразующих поверхностей деталей пресс-форм.
При изготовлении формообразующих поверхностей деталей пресс-форм традиционно используются методы механической обработки, которые обладают рядом недостатков:
большой объем материала детали в формообразующей полости пресс-формы при выборке полностью переводится в стружку, повторное использование которой затруднительно;
после механической обработки на поверхности детали остается след от инструмента, повторяющий контур его движения. В случае изготовления формообразующих деталей (ФОД) пресс-форм требуется последующая слесарная доводка, которая приводит к увеличению трудоемкости изготовления изделия;
механической обработке доступны не все поверхности ФОД (минимально возможная ширина реза при механической обработке определяется минимальным диаметром фрезы и составляет порядка 0,5 мм, подобные фрезы имеют значительную стоимость и недолговечны в использовании);
эффективность механической обработки зависит от твердости материала, из которого изготовляются ФОД. Последние в основном выполняются из углеродистых и легированных сталей, которые подвергают закалке (каленую сталь малоэффективно обрабатывать механической обработкой, а если сначала обработать и затем закалить, то размеры и геометрия детали могут значительно измениться);
при использовании скоростных режимов механической обработки высока вероятность поломки инструмента, который может повредить формообразующую полость. Это может привести не только к трудоемкой доработке ФОД, но и к полному ее повторному изготовлению;
часто гладкая полированная поверхность ФОД (после механической обработки и слесарной доводки) отрицательно сказывается на выемке пластмассового изделия из пресс-формы из-за эффекта залипання поверхностей.
Эти недостатки являются следствием физических процессов, которые лежат в основе механической обработки.
Использование электроэрозионных методов, и в частности электроэрозионной обработки непрофильным электродом (ЭЭО) (операция электроэрозионной вырезки, здесь и далее для примеров используется именно эта разновидность электроэрозионной обработки), позволяет исключить подобные недостатки. Также ЭЭО позволяет получать конфигурацию деталей такой сложности, которая не может быть обеспечена в сегодняшних условиях ни одним другим методом обработки.
В современных условиях повышение производительности ЭЭО сложных формообразующих поверхностей, выполняемых на оборудовании с ЧПУ, расширяет область ее применения. Это связано с использованием:
дополнительных поворотных столов и поворотных головок для обеспечения движения инструмента по дополнительным четвертой, пятой и шестой осям;
новых экологичных диэлектриков на масляной основе, увеличивающих скорость и точность ЭЭО;
встроенных в систему ЧПУ станка САМ- систем, построенных по принципу преобразования профиля поверхности обработки детали в управляющую программу (УП);
специализированных пакетов универсальных CAD/САМ- систем, позволяющих моделировать ЭЭО в компьютерной среде и преобразовывать результаты моделирования в УП.
В то же время специализированные пакеты универсальных CAD/CAM-систем не решают в полной мере все задачи ЭЭО:
из-за особенностей геометрии движения инструмента относительно детали. ЭЭО ведется электродом-проволокой (базовая математическая модель - прямая линия), а в большинстве САМ- систем ЭЭО рассматривается как частный случай фрезерной обработки (т.е. базовая математическая модель - точка), а это верно - только для двухосевой обработки;
современное программное обеспечение направлено в основном на решение геометрических задач и не учитывает в полной мере особенности технологической подготовки производства (ТПП) деталей, получаемых методом ЭЭО.
Все это делает разработку современных методических рекомендаций по решению в компьютерной среде задач ТПП деталей пресс-форм, получаемых методом ЭЭО на оборудовании с ЧПУ, особенно актуальной.
Цель работы. Сократить время, повысить качество и производительность процесса ТПП деталей, получаемых на электроэрозионном оборудовании с ЧПУ, в компьютерной среде с использованием информационной поддержки действий пользователя (на примере обработки деталей пресс-форм).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выявить особенности решения технологических задач при проектировании ЭЭО деталей пресс-форм, получаемых на оборудовании с ЧПУ;
выявить и классифицировать типовые поверхности обработки деталей пресс-форм, получаемых на электроэрозионном оборудовании с ЧПУ, а также исследовать способы их представления в компьютерной среде;
разработать компьютерную базу знаний на основе нормативно-справочной информации (НСИ) по подбору оптимальных технологических режимов ЭЭО для оборудования с ЧПУ, осуществляющую информационную поддержку пользователя, с использованием средств современных информационных технологий;
разработать методику последовательности выполнения этапов проектирования ЭЭО в компьютерной среде;
продемонстрировать возможности применения предлагаемых методических рекомендаций для решения задач ТПП деталей пресс-форм при проектировании ЭЭО в компьютерной среде.
Методы исследования. Исследование процесса проектирования ЭЭО проводится с использованием средств современных компьютерных технологий представления и расчетов процесса обработки в CAD/САМ- системах, формализации НСИ для поддержки принятия решений технологом в информационно-технологической среде, а также основных положений технологии машиностроения.
Научная новизна заключается:
в установлении устойчивых закономерностей и связей между способом представления поверхности обработки детали в компьютерной среде и составом управляющей программы для обработки детали на электроэрозионном оборудовании с ЧПУ;
в классификации поверхностей обработки деталей, получаемых на электроэрозионном оборудовании с ЧПУ, и разработке способа представления зоны обработки в компьютерной среде при помощи средств графического поверхностного моделирования;
в разработке методических рекомендации, включающих в себя алгоритм и методику проектирования ЭЭО в компьютерной среде;
в разработке компьютерной базы знаний по подбору и расчету оптимальных технологических параметров резания для ЭЭО детали на оборудовании с ЧПУ при помощи средств системы автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР).
Практическая ценность:
Разработаны методические рекомендации по последовательности выполнения этапов проектирования ЭЭО деталей в компьютерной среде, позволяющие оптимизировать процесс ТПП.
Разработана методика представления зоны обработки детали при проектировании четырехосевой ЭЭО в компьютерной среде.
Разработана компьютерная база знаний и методика ее использования для подбора и расчета, необходимых при проектировании параметров ЭЭО в зависимости от начальных условий проектирования (габариты заготовки, материал детали и инструмента и пр.) на основе современной НСИ, в рамках системы автоматизированной поддержки информационных решений.
Разработаны методические указания к лабораторным работам по «Проектированию электроэрозионной обработки в Pro/Engineer по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» для студентов старших курсов ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».
Реализация работы. Проектирование ЭЭО деталей пресс-форм согласно предлагаемым методическим рекомендациям проводилось более чем для 25 проектов, из которых 13 проектов по изготовлению пресс-форм с наличием двух и более согласованных формообразующих деталей. Результаты работы:
внедрены на ООО фирма «ИМИД»;
рядом машиностроительных предприятий (например, ОАО «Ковровский электромеханический завод» и др.) были приняты отдельные предложения и рекомендации по проектированию ЭЭО в компьютерной среде и подготовке УП (по методам моделирования и представления зоны обработки деталей, по подбору и расчету технологических параметров ЭЭО);
проведено обучение специалистов предприятий методам использования современных информационных технологий при проектировании ЭЭО (на примере универсальной CAD/CAM-
системы Pro/Engineer и средств формирования компьютерных баз данных).
Апробация работы. Результаты и материалы работы докладывались и обсуждались на:
Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии - НМТ-2008» (Москва, ГОУ ВПО «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского, 2008);
IV Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, ААНО «Приволжский дом знаний», 2008);
XII Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, ААНО «Приволжский дом знаний», 2008);
Научно-методической конференции «Машиностроение - традиции и инновации» (МТИ - 08) (Москва, ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2008).
Разработанные методические рекомендации проектирования ЭЭО используются в учебном процессе ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» при проведении лабораторных занятий со студентами в 8-10 семестре по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 125 наименований и 4 приложений. Основное содержание работы изложено на 136 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков и 14 таблиц.
