Другие журналы
|
Имитационная динамическая модель процесса шлифования сложнопрофильных деталей. Модель инструмента и обрабатываемой детали
# 09, сентябрь 2015
DOI: 10.7463/0915.0814388
авторы: Киселёв И. А.1,*, Воронова И. С.1, Ширшов А. А.1, Николаев С. М.1
УДК 621.92
| 1 Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана |
В работе представлена комплексная математическая модель динамики пространственного шлифования сложнопрофильных деталей, включающая модель динамики шлифовального круга, модель динамики обрабатываемой детали, а также численный алгоритм геометрического моделирования. Алгоритм геометрического моделирования основан на методе Z-буфера с авторскими модификациями и позволяет моделировать образование новой поверхности детали при удалении материала, а также определять толщину срезаемого слоя для каждого абразивного зерна шлифовального круга. Особенностью алгоритма является применение билинейной аппроксимации ячеек поверхности и одновременное использование нескольких направлений проецирования, что повышает качество моделирования обрабатываемой поверхности. Модель шлифовального круга представлена в виде совокупности микроразмерных режущих кромок (зерен), расположенных случайным образом на его внешней поверхности с учетом их размера, формы, а также характеристик структуры и зернистости круга. Для определения толщины слоя материала, срезаемого каждым зерном шлифовального круга, применяется алгоритм определения точки пересечения луча-направления толщины срезаемого слоя с моделью обрабатываемой поверхности. Силы шлифования определяются для каждого зерна на основе значения толщины срезаемого слоя с использованием феноменологических моделей, описанных в литературе. С использованием описанных в работе преобразований силы шлифования для каждого отдельного зерна приводятся к суммарной силе шлифования, действующей на инструмент и обрабатываемую деталь в соответствующих системах координат. Моделирование динамики обрабатываемой детали выполнено на основе метода конечных элементов с использованием квадратичных тетраэдральных элементов. Рассматриваемая модель динамики пространственного шлифования позволяет оценить уровень вибраций, сил шлифования, а также отклонение формы и качество поверхности обработанной детали. Список литературы- Воронов С.А., Киселев И.А., Ма Вэйдун, Ширшов А.А. Имитационная динамическая модель процесса шлифования сложнопрофильных деталей. Развитие методов моделирования // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 5. С . 40-58. DOI:10.7463/0515.0766577
- Xuekun Li. Modeling and simulation of grinding process based on a virtual wheel model and microscopic interaction analysis. PhD thesis. Worcester Polytechnic Institute, 2010. 145 р .
- Voronov S., Kiselev I. Dynamics of flexible detail milling // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2011. Vol. 225, no. 3. P. 299-309. DOI:10.1177/1464419311418735
- 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
- Li Kun, Liao Warren. Modelling of ceramic grinding processes Part I. Number of cutting points and grinding forces per grit // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 65, is. 1-3. P. 1-10. DOI: 10.1016/0924-0136(95)02232-5
- 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
- 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
- Werner K., Klocke F., Brinksmeier E. Modelling and simulation of grinding processes // Proc. of the 1st European Conf. on Grinding, Aachen, 6-7 November 2003. P. 8-1–8-27 .
- Kiselev I., Voronov S. Methodic of Rational Cutting Conditions Determination for 3-D Shaped Detail Milling Based on the Process Numerical Simulation // ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2014. P. V006T10A075. DOI: 10.1115/DETC2014-34894
- Aurich J.C., Biermann D., Blum H., Brecher C., Carstensen C., Denkena B., Klocke F., Kroeger M., Steinmann P., Weinert K. Modelling and simulation of process: machine interaction in grinding // Production Engineering. Research and Development. 2009. Vol. 3, is. 1. P. 111-120. DOI: 10.1007/s11740-008-0137-x
- Warnecke G., Zitt U. Kinematic Simulation for Analyzing and Predicting High-Performance Grinding Processes // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 1998. Vol. 47, no. 1. P. 265-270. DOI:10.1016/S0007-8506(07)62831-5
- Altintas Y. Manufacturing automation: Metal cutting mechanics, Machine tool vibrations and CNC Design. Camridge University Press, 2000. 286 p.
- Budak E., Altintas Y., Armarego E.J.A. Prediction of Milling Force Coefficients from Orthogonal Cutting Data // ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1996. Vol. 118, no. 2. P. 216-224. DOI: 10.1115/1.2831014
- Lamikiz A., Lopez de Lacalle L.N., Sanchez J.A., Bravo U. Calculation of the specific cutting coefficients and geometrical aspects in sculptured surface machining // Machining Science and Technology. 2005. Vol. 9, no. 3. P. 411-436. DOI: 10.1080/15321790500226614
- Voelcker H.B., Hunt W.A. The role of solid modeling in machining process modeling and NC verification. SAE Technical Paper no. 810195. Warrendale, PA, USA, 1981. DOI: 10.4271/810195
- El-Mounayri H., Elbestawi M.A., Spence A.D., Bedi S. General geometric modeling approach for machining process simulation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1997. Vol. 13, is. 4. P. 237-247. DOI: 10.1007/BF01179605
- 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
- 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
- Киселев И.А. Геометрический алгоритм 3MZBL для моделирования процессов обработки резанием. Методика описания поверхности заготовки // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 6. DOI : 10.18698/2308-6033-2012-6-269
- 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. DOI:10.18698/2308-6033-2012-6-261
- Bathe K.-J. Finite element procedures. New Jersey: Prentice Hall, 1996. 1037 p.
- Nikolaev S.M., Kiselev I.A.,Voronov S.A. Mechanical system finite element model refinement using experimental modal analysis // Proceedings of the 5-th International Operational Modal Analysis Conference (IOMAC’13) (Guimaraes, Portugal, 13-15 May 2013). Vol. 5. 2013. P. 167-170. DOI: 10.13140/2.1.4739.3920
|
|