На правах рукописи

Окунькова Анна Андреевна УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОМ ОБОРУДОВАНИИ С ЧПУ (НА ПРИМЕРЕ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПРЕСС-ФОРМ) Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете Станкин.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Рыбаков Анатолий Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Вермель Владимир Дмитриевич кандидат технических наук Аверченков Андрей Владимирович Ведущее предприятие: ЗАО Завод Экспериментального Машиностроения РКК Энергия им. С.П. Королева

Защита состоится л11 ноября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.03 при ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете Станкин по адресу: 127994, Москва, Вадковский пер., д.3а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета Станкин.

Автореферат разослан л09 октября 2009 г.

Ученый секретарь Е.Г. Семячкова диссертационного совета Д 212.142.03 к.т.н., доц.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 залипания 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/CAM- 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 CAM- 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 нормативносправочной 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/CAM- 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:

1. Разработаны методические рекомендации по последовательности выполнения этапов проектирования ЭЭО деталей в компьютерной среде, позволяющие оптимизировать процесс ТПП.

2. Разработана методика представления зоны обработки детали при проектировании четырехосевой ЭЭО в компьютерной среде.

3. 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.

4. 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 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/САМ- 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются основные задачи исследования, дается общая характеристика работы.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА, КАК МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРЕССФОРМ В главе рассмотрено текущее состояние вопроса изготовления деталей пресс-форм методом ЭЭО. Приведена историческая справка возникновения данного метода обработки, подробно рассмотрены физические основы процесса электроэрозии, а также описаны необходимые процессу ЭЭО свойства и характеристики материала детали, материала электрода-проволоки (инструмента) и диэлектрика (рабочей жидкости). Благодаря своим физическим и геометрическим особенностям, метод электроэрозионной обработки получил широко распространение при изготовлении формообразующих деталей штампов для операции вырубки-пробивки, пресс-форм, инструмента второго порядка (электродов, фасонных резцов и пр.), лекал, шаблонов и т.п.

Далее приведены особенности расположение осей при реализации двух- и четырехосевой ЭЭО на станке с ЧПУ (рис.1), а также некоторые технологические аспекты проектирования ЭЭО: рекомендации по выбору стратегии обработки и расчету траектории движения инструмента по профилю с учетом отвода-подвода электрода-проволоки на контур, расположения точки захода проволоки на контур, условий выполнения внутренних и внешних углов контура и пр.

Двухосевая Четырехосевая электроэрозионная обработка электроэрозионная обработка Вспомогательная плоскость Основная плоскость Рис.1. Особенности расположения осей координат и инструмента при двух- и четырехосевой электроэрозионной обработке детали на оборудовании с ЧПУ Рассмотрено принципиальное устройство электроэрозионного станка с ЧПУ, где приведено описание общей конструкции станка, включающей станину, рабочую ванну, стол для крепления заготовки, направляющие проволоки и пр. Также приведены основные характеристики и функции системы ЧПУ.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СРЕДЕ В главе проведен ряд исследований процесса проектирования электроэрозионной обработки в компьютерной среде.

Рассмотрены способы программирования системы ЧПУ электроэрозионного станка, которые можно условно разделить на ручные и с использованием средств автоматизации. Далее проведена классификация типовых поверхностей, получаемых ЭЭО (таблица 1). Выявлено шесть основных типов: первые три реализуются на станке методом двухосевой ЭЭО и остальные три - четырехосевой ЭЭО. Последние четыре типа трудно запрограммировать в системе ЧПУ станка без использования средств автоматизации (САМ- систем).