Разработка программного обеспечения для автоматизированного выбора абразивного инструмента на операции шлифования

Введение. Абразивный инструмент, применяемый на операциях шлифования, обладает множеством различных параметров, таких как: размеры круга, материал абразива, материал связки, зернистость, твердость, структура и некоторые другие параметры [1–5]. Каждый из этих параметров оказывает существенное влияние как на качество готового изделия, так и на весь процесс в целом. Ситуация усугубляется тем, что при неправильном выборе абразивного инструмента на операциях может возникать брак почти готовых изделий, прошедших весь цикл обработки. В связи с этим подбор абразивного инструмента является крайне важным этапом в технологическом проектировании высокоскоростных операций изготовления деталей.

В условиях промышленных предприятий инженер-технолог подбирает абразивный инструмент исходя из накопленного субъективного опыта или пользуясь различными справочниками [6–15] в совокупности с научными разработками [16–20]. В первом случае на правильность выбора абразивного инструмента существенно влияет квалификация технолога, и в ряде случаев ее может не хватить, в результате чего возникает вероятность неэффективного использования инструмента или получения брака. Во втором случае технолог пользуется некоторым справочным материалом, который может быть представлен в виде печатного или электронного издания. Такой подход обеспечивает правильность выбора инструмента, но требует дополнительного времени на поиск информации в справочнике. Таким образом, сложившаяся ситуация формирует научную проблему: инженер-технолог должен подобрать наиболее подходящий для каждой конкретной операции абразивный инструмент с наименьшими временными затратами.

Наиболее перспективным решением указанной проблемы является разработка модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента. В соответствии с идеей такого решения, при использовании модуля инженер-технолог должен вводить исходные данные на заданную интерактивную форму и получать результат – подходящие марки абразивных инструментов. Дру- гими словами, в результате работы программы подбирается научно-обоснованное решение за очень короткий промежуток времени.

Тем не менее, модуль автоматизированного выбора представляет собой программу, которая функционирует по некоторому алгоритму, заданному ее разработчиком. В связи с этим, правильность разработки алгоритма работы модуля оказывает первостепенное з н ачение на последующую эффективность работы модуля, поэтому алгоритм должен базировать с я на некоторой научно-обоснованной методике выбора абразивного инструмента.

• 2.    Разработка алгоритма выбора абразивного инструмента. Для разработки программного модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента предлагается построить укрупненный блочный алгоритм. В качестве основы для построения алгоритма п редлагается методика выбора абразивного инструмента, приведенная в сп р авочнике [14]. В соответствии с этой мето-

  дикой построен алгоритм, представленный на рис.

  

  Рис. 1. Укрупненный алгоритм функционирования программного модуля

  
  

• 3.    Разработка модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента. Для реализации алгоритма, представленного на рис. 1, предлагается использовать объектно-ориентированный язык программирования C# и программную среду Microsoft Visua l C#. Рассм о трим реализацию каждого из блоков, представленных в алгоритме.

Рассмотрим более подробно каждый блок алгоритма и принцип их функционирования. В блоке 2 пользователем вводятся исходные данные на форму программного модуля. Анализ методики из справочника [14] показал, что для выбора абразивного инструмента необходимо знать следующие исходные знания: группу материала обрабатываемой заготовки, твердость ее поверхностного слоя и шероховатость обработанной поверхности. Пользователь вводит данные на форму и запускает выполнение алгоритма. В блоке 3 проводится выбор материала абразивных зерен в зависимости от заданной группы обрабатываемости материала заготовки. Для каждой группы обрабатываемости в методике предусмотрено несколько подходящих материалов абразивных зерен. Все они считаются подходящими и будут выведены в результатах как подходящие для данной операции. В блоке 4 выбирается зернистость в зависимости от требуемой шероховатости поверхностного слоя. Чем ниже требуются параметры шероховатости, тем мельче должна быть зернистость инструмента. В блоке 5 выбирается твердость связки в зависимости от группы обрабатываемого материала, твердости поверхностного слоя заготовки и шероховатости поверхности после обработки. В блоке 6 выбирается структура инструмента исходя из уже выбранных параметров: материала абразивного инструмента, зернистости и твердости связки инструмента. В блоке 7 выбирается тип связки абразивного инструмента. В блоке 8 выводятся марки подходящих абразивных инструментов, по ме- ре их предпочтительности.

В результате реализации блока 2 разработан интерфейс ввода исходных данных (рис. 2), который включает поле для выбора группы обрабатываемого материала и поля для ввода твердости поверхностного слоя и шероховатости, требуемой по чертежу изделия. После выбора группы обрабатываемого материала и ввода исходных данных пользователь запускает алгоритм выбора абразивного инструмента нажатием кнопки «Выбрать абразивный инструмент». В блоках 3–7 в соответствии с методикой назначения абразивного инструмента [14] последовательно выбираются следующие параметры: материал абразивных зерен, зернистость, твердость, структура и тип связки. В методике рекомендации по выбору этих параметров представлены в виде таблиц, по- этому в программном модуле они также хранятся в виде таблиц, а выбор параметров осуществляется путем построения логических условий. В заключительном, 8 блоке, в форме приложения для заданных исходных данных выводятся подходящие маркировки абразивных инструментов по мере их предпочтительности (сначала – более предпочтительные).

Рис. 2. Интерфейс модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента

Пример функционирования модуля представлен на рис. 3. Пользователь выбрал первую группу обрабатываемости 1А, указал, что твердость поверхностного слоя заготовки равна 48 единицам по шкале HRC, а требуемая по чертежу шероховатость не должна превышать 0,32 мкм. Для таких условий программа предлагает три подходящие маркировки шлифовального круга: наиболее подходящий – маркировка 92А 16 СТ1 7 V по ГОСТ (92A F90 O 7 V по стандарту FEPA) и менее подходящие – 25А 16 СТ1 7V (89A F90 O 7 V) и 14А 16 СТ1 6 V (10A F90 O 6 V). В течение 10–30 с происходит выбор пользователем одного параметра и ввод двух других параметров, после этого запускается алгоритм выбора, и моментально происходит выбор абразивного инструмента.

Рис. 3. Пример функционирования модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента

• 4.    Выводы. Таким образом, поставлена практическая задача выбора инструмента на операции высокоскоростной обработки и предложено ее решение в виде модуля автоматизированного выбора абразивного инструмента. Разработан алгоритм, базирующийся на научной методике, учитывающей основные взаимосвязи и закономерности процессов высокоскоростной обработки. Алгоритм реализован в инструментальной программной среде Microsoft Visual C#, в результате чего получено работающее приложение. Пример использования разработанного модуля показал, что время, затрачиваемое на выбор шлифовального круга, составляет 10–30 с, на качество выбора квалификация инженера-технолога не влияет. В связи с этим разработанный программный модуль позволяет решить поставленную задачу, повысить эффективность обработки шлифованием и сократить время технологической подготовки производства.

Результаты работы получены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», соглашение № 14.577.21.0170 (идентификационный номер соглашения RFMEFI57715X0170).