Основные этапы моделирования послойного съема металла с применением цифрового двойника операции круглого шлифования с ЧПУ
Бесплатный доступ
Современные круглошлифовальные станки с ЧПУ позволяют вести обработку по заданным циклам режимов резания, которые являются частью управляющей программы (УП). Несмотря на использование точных систем позирования, современные шлифовальные станки обладают податливостью технологической системы (ТС). Это объясняет колебания величины снимаемого припуска и возникновение различного рода погрешностей размеров, которые увеличиваются при обработке партии деталей, производимой в нестабильных условиях при действии большого количества переменных технологических факторов (колебания припуска, затупления зерен круга, изменения диаметра круга и др.). Однако при наличии большого числа автоматизированных систем проектирования УП до сих пор отсутствует инструмент их контроля на обеспечение точности обработки партии деталей. К тому же при проектировании циклов режимов резания в данных системах используются базы данных, полученные для универсальных станков. В результате проектируемые циклы не гарантируют стабильность показателей точности при обработке партии детали, не обеспечивают максимальную производительность и требуют адаптации к заданным условиям обработки. В данной статье представлено описание цифрового двойника (ЦД) на примере врезного круглого шлифования, который позволяет проводить симуляцию послойного съема металла на протяжении всего цикла шлифования путем расчета величины снимаемого припуска на каждом обороте заготовки при различных сочетаниях нестабильных условий обработки и переменной податливости технологической системы. При этом моделирование послойного удаления припуска осуществляется в нескольких сечениях, которые имеют различную податливость. После окончания моделирования съема металла (в конце цикла шлифования) становится возможным осуществить оценку точности по известным расчетным значениям радиусов во всех сечениях обрабатываемой поверхности. Отметим, что применение ЦД позволит ускорить и упростить процесс проектирования циклов, а также повысить производительность операций круглого шлифования с ЧПУ за счет оптимизации циклов режимов резания с обеспечением заданной точности.
Цифровой двойник, круглое шлифование, цикл, точность обработки
Короткий адрес: https://sciup.org/147233484
IDR: 147233484 | УДК: 621.923.9 | DOI: 10.14529/engin200305
Main modeling stages of layer-by-layer metal removal with digital twin of the circular grinding operation with CNC
Modern circular grinding machines with CNC allow processing according to the specified cycles of cutting modes, which are part of a control program (CP). Despite the use of precise positioning systems, modern grinding machines have a compliance of a technological system (TS). This explains the fluctuations in a value of the allowance removal and occurrence of various errors in dimensions, which increase when processing a batch of parts performed in unstable conditions under the influence of a large number of variable technological factors (allowance fluctuation, blunting of the wheel grains, changes of the wheel diameter, etc.). However, in the presence of a large number of automated systems of CP designing there is still no tool for their control to ensure the processing accuracy of the parts batch. In addition, when designing cycles of the cutting modes the database obtained for universal machines is used in these systems. As a result, the designed cycles do not guarantee the stability of the accuracy indicators when processing a batch of parts, do not provide maximum productivity and require adaptation to the specified processing conditions. This article presents a description of the digital twin (DT) on the example of the plunge circular grinding, which allows simulating layer-by-layer metal removal during the whole grinding cycle by calculating the value of the removed allowance on each revolution of the workpiece under various combinations of unstable processing conditions and variable compliance of the technological system. Herewith, modeling of layer-by-layer allowance removal is performed in several sections which have different compliance. After the end of the metal removal modeling (at the end of the grinding cycle) it becomes possible to evaluate the accuracy by known calculated values of radii in all sections of the treated surface. It should be noted that the use of DT will speed up and simplify the process of cycles designing, as well as increase the productivity of CNC circular grinding operations by optimizing the cycles of cutting modes with ensuring the specified accuracy.
Список литературы Основные этапы моделирования послойного съема металла с применением цифрового двойника операции круглого шлифования с ЧПУ
- Никифоров, И.П. Современные тенденции шлифования и абразивной обработки / И.П. Никифоров. – Старый Оскол: ТНТ, 2012. – 560 с.
- Михелькевич, В.Н. Автоматическое управление шлифованием / В.Н. Михелькевич. – М.: Машиностроение, 1975. – 304 с.
- Переверзев, П.П. Моделирование и оптимизация управляющих программ для станков с ЧПУ с использованием динамического программирования / П.П. Переверзев, Д.Ю. Пименов // СТИН. – 2014. – № 8. – С. 16–24.
- Шипулин, Л.В. Проектирование трехступенчатого цикла плоского шлифования периферией круга / Л.В. Шипулин, И.В. Шмидт // СТИН. – 2019. – № 11. – C. 28–31
- Designing high-speed CNC-operations / A. Nurkenov, V.I. Guzeev, P.G. Mazein, I.P. Deryabin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 450, no. 032014.
- Исаков, Д.В. Оптимизация автоматических циклов шлифования, выполняемых на плоскошлифовальных станках, методом динамического программирования / Д.В. Исаков, А.С. Коваленко // Обработка металлов резанием. – 2009. – № 4(52). – С. 2–12.
- Михайлов, А.Н. Многокритериальная оптимизация режимов резания при точении инструментами с покрытиями / А.Н. Михайлов, Т.Г. Ивченко, И.А. Петряева // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. – 2016. – № 8. – С. 159–166.
- Nathan, R.D. Intelligent estimation of burning limits to aid in cylindrical grinding cycle planning / R.D. Nathan, L. Vijayaraghavan, R. Krishnamurthy // Heavy Vehicle Systems. – 2001. – Vol. 80. – P. 48–59.
- Horiuchi, O. Computer simulations of cylindrical plunge grinding – Influence of work stiffness on grinding accuracy / O. Horiuchi, T. Shibata // Key Engineering Materials. – 2007. – Vol. 329. – P. 51–56. DOI 10.4028/0-87849-416-2.51
- Optimization of Manufacturing Time in Internal Grinding / X.H. Le, H.K. Le, T.H. Tran, et al. // ICERA 2019, LNNS 104, 2020. – P. 557–565.
- Jiajian, G. Optimization of internal plunge grinding using collaboration of the air-grinding and the material removal model based on the power signal / G. Jiajian, H. Li // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 105. – P. 7–8.
- Gupta, R. Optimization of grinding parameters using enumeration method / R. Gupta, K.S. Shishodia, G.S. Sekhon // J. Mater. Process. Technol. – 2001. – Vol. 112. – P. 63–67.
- Optimization for internal traverse grinding of valves based on wheel deflection / S. Gao, C. Yang, J. Xu et al. // Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2017. – Vol. 92. – P. 1105–1112.
- A Study on Optimization of Manufacturing Time in External Cylindrical Grinding / L. Tung, T. Hong, N. Cuong, N. Vu // J. Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 977. – P. 18–26.
- Stability analysis and optimization algorithms for the Set-Up of Infeed Centerless Grinding / D. Barrenetxea, J. Alvarez, J.I. Marquinez et al. // Int. Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2014. – Vol. 84. – P. 17–32.
- Agarwal, S. Optimizing machining parameters to combine high productivity with high surface integrity in grinding silicon carbide ceramics / S. Agarwa // Ceram. Int. – 2016. – Vol. 42(5). – P. 6244–6262.
- Cost optimization of internal grinding / V.N. Pi, L.X. Hung, L.A. Tung, B.T. Long // J. Mater. Sci. Eng. – 2016. – Vol. 6. – P. 291–296.
- Determination of optimal exchanged grinding wheel diameter when internally grinding alloy tool steel 9CrSi / L.X. Hung, V.N. Pi, L.A. Tung et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 417. – P. 012–026.
- Akintseva, A.V. Modelling of correlation of actual and program feeds in the automatic cycle / A.V. Akintseva, A.V. Prokhorov, S.V. Omelchenko // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 709, no. 033003.
- Yudin, S. Generalized cutting force model for grinding / S. Yudin, K. Smolyanoy, P. Pereverzev // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 709, no. 033005.
