НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o058.pdf (1145.16Кб)

УДК 621.92

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В работе представлен обзор литературных источников, посвященных моделированию процесса шлифования. Рассмотрены статистические, энергетические и имитационные подходы к расчету сил шлифования. Выявлены основные стадии взаимодействия абразивных зерен и обрабатываемой поверхности, приведено описание основных подходов к геометрическому моделированию образования новых поверхностей при шлифовании. Приведен обзор исследований по способам моделирования образования стружки и бокового наплыва при взаимодействии отдельных зерен. Рассмотрены достоинства и недостатки применения прямого моделирования взаимодействия отдельных зерен и обрабатываемой поверхности методом конечных элементов и методом молекулярной динамики. Отмечена необходимость учета динамики системы и ее значительное влияние на итоговую поверхность при шлифовании. Представлена структура комплексной имитационной модели процесса шлифования сложнопрофильных податливых деталей, учитывающей динамику процесса обработки. Предлагаемая модель пространственного шлифования включает в себя модель динамики заготовки, модель динамики фрезы, модель сил резания, основанную на численном алгоритме геометрического моделирования. Предлагаемый подход позволяет выполнять моделирование обработки деталей со сложной формой поверхности и оценить уровень вибраций, отклонение формы и качество поверхности, а также величины усилий шлифования при различных сочетаниях параметров технологического процесса.

1. Tonshoff H.K., Friemuth T., Becker J.C. Process monitoring in grinding // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2002. Vol. 51, no. 2. P. 551-571. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)61700-4
2. Subramanian K., Lindsay R.P. A Systems Approach for the Use of Vitrified Bonded Superabrasive Wheels for Precision Production Grinding // Trans. ASME. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1992. Vol. 114, no. 1. P. 41-52. DOI: 10.1115/1.2899757
3. Malkin S., Guo C. Grinding Technology: Theory and Applications of Machining with Abrasives. New York, Industrial Press Publ., 2008.
4. Salisbury E.J., Domala K.V., Moon K.S., Miller M.H., Sutherland J.W. A three-dimensional model for the surface texture in surface grinding, Part 1: Surface generation model // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2001. Vol. 123. P. 576-581. DOI: 10.1115/1.1391427
5. Anderson R.O. Detecting and eliminating collisions in NC machining // Computer-Aided Design. 1978. Vol. 10, no. 2. P. 231-237. DOI: 10.1016/0010-4485(78)90058-1
6. Hook T.V. Real-time shaded NC milling display // ACM SIGGRAPH Computer Graphics. 1986. Vol. 20, no. 4. P. 15-20. DOI: 10.1145/15922.15887
7. Hsu P.-L., Yang W.-T. Realtime 3D simulation of 3-axis milling using isometric projection // Computer-Aided Design. 1993. Vol. 25, no. 4. P. 215-224. DOI:10.1016/0010-4485(93)90052-P
8. Jerard R.B., Fussell B.K., Ercan M.T. On-line optimization of cutting conditions for NC machining // Proc. of the NSF Design, Manufacturing, and Industrial Innovation Research Conference, Tampa, Florida, USA, Jan. 7-10, 2001. P. 7-10.
9. Takata S., Tsai M.D., Inui M., Sata T. A cutting simulation system for machinability evaluation using a workpiece model // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 1989. Vol. 38, no. 1. P. 417-420. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)62736-X
10. Kim G.M., Cho P.J., Chu C.N. Cutting force prediction of sculptured surface ball-end milling using Z-map // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2000. Vol. 40, no. 2. P. 277-291. DOI: 10.1016/S0890-6955(99)00040-1
11. Lazoglu I. Sculpture surface machining: a generalized model of ball-end milling force system // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2003. Vol. 43, no. 5. P. 453-462. DOI: 10.1016/S0890-6955(02)00302-4
12. Salisbury E.J., Domala K.V., Moon K.S., Miller M.H., Sutherland J.W. A three-dimensional model for the surface texture in surface grinding, Part 2: Grinding wheel surface texture model // Trans. ASME. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2001. Vol.123. P. 582-590. DOI: 10.1115/1.1391428
13. Zitt U.R. Modellierung und Simulation von Hochleistungsschleifprozessen. Dissertation. University of Kaiserslautern, 1999 .
14. Torrance A.A. Modelling abrasive wear // Wear. 2005. Vol. 258, no. 1. P. 281-293. DOI: 10.1016/j.wear.2004.09.065
15. Xuekun Li, Yiming Rong. Framework of grinding process modeling and simulation based on microscopic interaction analysis // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2011. Vol. 27, no. 2. P. 471-478. DOI: 10.1016/j.rcim.2010.06.029
16. Chen X., Rowe W.B. Analysis and simulation of the grinding process. Part II: Mechanics of grinding // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1996. Vol. 36, no. 8. P. 883-896. DOI: 10.1016/0890-6955(96)00117-4
17. Sakakura M., Tsukamoto S., Fujiwara T., Inasaki I. Visual simulation of grinding process // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2008. Vol. 222, no. 10. P. 1233-1239. DOI: 10.1243/09544054JEM1032
18. Chen X., Rowe W.B. Analysis and simulation of the grinding process. Part I: Generation of the grinding wheel surface // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1996. Vol. 36, no. 8. P. 871-882. DOI: 10.1016/0890-6955(96)00116-2
19. Werner K., Klocke F., Brinksmeier E. Modelling and simulation of grinding processes // Proc. of the 1^st European Conf. on Grinding, Aachen, 6-7 November 2003. P. 8-1–8-27 .
20. Li K., Liao W. Modelling of ceramic grinding processes Part I. Number of cutting points and grinding forces per grit // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 65, no. 1. P. 1-10. DOI: 10.1016/0924-0136(95)02232-5
21. Hou Z.B., Komanduri R. On the mechanics of the grinding process - Part I. Stochastic nature of the grinding process // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2003. Vol. 43, no. 15. P. 1579-1593. DOI:10.1016/S0890-6955(03)00186-X
22. Weinert K., Blum H., Jansen T., Rademacher A. Simulation based optimization of the NC-shape grinding process with toroid grinding wheels // Production Engineering. 2007. Vol. 1, no. 3. P. 245–252 . DOI: 10.1007/s11740-007-0042-8
23. Tahsin Tecelli, Xun Chen. An Investigation of the Rubbing and Ploughing in Single Grain Grinding using Finite Element Method // Proc. of the 8th Int. Conf. on Manufacturing Research, Durham, UK, 14-16 Sept. 2010. Available at: http://eprints.hud.ac.uk/8597/, accessed 01.04.2015.
24. Doman D.A., Warkentin A., Bauer R. Finite element modeling approaches in grinding // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2009. Vol. 49, no. 2. P. 109-116. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2008.10.002
25. Lin B., Yu S.Y., Wang S.X. An experimental study on molecular dynamics simulation in nanometer grinding // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 138, no. 1. P. 484-488. DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00124-9
26. Li J., Fang Q., Liu Y., Zhang L. A molecular dynamics investigation into the mechanisms of subsurface damage and material removal of monocrystalline copper subjected to nanoscale high speed grinding // Applied Surface Science. 2014. Vol. 303. P. 331-343.
27. Popp K.M., Kroger M., Deichmueller M., Denkena B. Analysis of the machine structure and dynamic response of a tool grinding machine // Proc. of the 1^st Int. Conf. on Process Machine Interaction. 2008. P. 299–307.
28. Merrit H.E. Theory of Self-Excited Machine Tool Chatter: Contribution to Machine-Tool Chatter Research // Trans. ASME. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1965. Vol. 87, no. 4. P. 447-454. DOI: 10.1115/1.3670861
29. Tlusty J., Polacek M. The stability of the machine tools against self-excited vibration in machining // Proceedings of the International Research in Production Engineering ASME Conference. Pittsburgh, 1963. P. 465-474.
30. Tobias S., Fishwick W. Theory of regenerative machine tool chatter // The Engineer. London (UK), 1958. Vol. 205. P. 199-203.
31. Воронов С.А., Киселев И.А. Геометрический алгоритм 3mzbl для моделирования процессов обработки резанием. Алгоритм изменения поверхности и определения толщины срезаемого слоя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 6. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/eng/teormech/261.html (дата обращения 01.04.2015).
32. Воронов С.А., Киселев И.А., Аршинов С.В. Методика применения численного моделирования динамики многокоординатного фрезерования сложнопрофильных деталей при проектировании технологического процесса // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 6. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/eng/teormech/260.html (дата обращения 01.04.2015).
33. Киселев И.А. Геометрический алгоритм 3MZBL для моделирования процессов обработки резанием. Методика описания поверхности заготовки // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 6. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/eng/teormech/269.html (дата обращения 01.04.2015).
34. Kiselev I., Voronov S. Methodic of Rational Cutting Conditions Determination for 3-D Shaped Detail Milling Based on the Process Numerical Simulation // Proc. ASME. 46391; Vol. 6: 10th International Conference on Multibody Systems, Nonlinear Dynamics, and Control. 2014. Art. no. V006T10A075. DOI: 10.1115/DETC2014-34894