Разработка моделей пространственносложных связанных поверхностей для программирования обработки на станках с ЧПУ

Современное развитие автоматизированных систем для конструкторской (CAD) и технологической подготовки (САМ) характеризуется следующими факторами. С одной стороны, универсальные CAD/CAM системы, обеспечивающие конструирование изделий и проектирование обработки деталей для широкого спектра обрабатывающего оборудования с ЧПУ, дополняются специализированными модулями Предлагаемые решения содержат необходимый набор функциональных возможностей для различных отраслей промышленности, авиакосмическая, автомобильная, медицинская, ювелирная, а также с учетом технологических особенностей проектирования и производства многокоординатная и высокоскоростная обработка, параллельный инжиниринг, адаптивная обработка и т. д. С другой стороны, для оптимального использования высокопроизводительного обрабатывающего оборудования необходимо максимально эффективно выполнять технологическую подготовку производства в CAD/CAM системах Для этого, в математическом обеспечение САМ системы должны быть использованы и учтены в полном объеме не только геометрические параметры обрабатываемых деталей, а также технологические параметры проектируемой обработки (инструментально-станочное оснащение).

Особой группой деталей, обрабатываемых на многокоординатных станках с ЧПУ, являются детали, имеющие пространственносложные поверхности (ПСП) линейчатые поверхности, поверхности двойной кривизны. Причем при моделировании процесса формообразовании деталей с ПСП допускается точечный и линейный контакт модели детали и инструмента.

Очевидно, что формообразование с линейным контактом инструмента с поверхностью является более эффективным методом в силу следующих причин:

— объем удаляемого материала за один проход определяется длиной режущей части инструмента;

— остаточная высота гребешка между проходами в силу «нахлеста» двух соседних проходов равна нулю.

В случае линейчатых поверхностей применимы оба вида контакта в силу их геометрического определения Для поверхностей двойной кривизны широко используется только точечный контакт. Поэтому разработка математической модели обрабатываемых поверхностей (адаптивно-аппроксимационной модели), которая бы содержала геометрическое определение поверхностей и учитывала бы технологические параметры обработки геометрические параметры инструмента и вид контача его с поверхностью, является актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности процесса проектирования обработки и обеспечение точности обработки деталей с ПСП на основе использования адаптивно-аппроксимационной модели поверхности.

В работе решаются следующие научные задачи1.

1 разработка требований к исходным данным геометрических примитивов для определения адаптивно-аппроксимационной модели,.

2. подготовка исходных расчетных моделей примитивов, используемых для реализации модели с использованием топологически объединенной поверхности;

3. разработка метода определения геометрических параметров биконического инструмента на основе разработанной модели,.

4. разработка программной реализации адаптивно-аппроксимационной модели с использованием расчетных алгоритмов;

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. подготовленные расчетные математические модели примитивов для реализации адаптивно-аппроксимационной модели;

2. информационно-алгоритмическое обеспечение адаптивно-аппроксимационного моделирования с использованием алгоритмов построения топологически объединенной поверхности;

3. программные функции, реализующие метод адаптивно-аппроксимационного моделирования.

Методы исследования. В работе использовались, методы системного анализа, методы структурного анализа, основные методы вычислительной геометрии, основные положения теории сплайнов, основные положения технологии машиностроения и ряд других научных методов и теорий Научная новизна работы.

— разработка модели топологически объединенных поверхностей с учетом технологических параметров пяти координатной обработки,.

— разработка математического аппарата описания, модификации и хранения адаптивно-аппроксимационных моделей поверхностей для программирования обработки на станках с ЧПУ.

— разработка методики определения геометрических параметров режущего инструмента на основе адаптивно-аппроксимационной модели.

В результате исследований сущности процесса проектирования обработки на станках с ЧПУ разработана адаптивно-аппроксимационная модель, позволяющая с высокой степенью точности приблизить геометрический образ изделия к его техническому прототипу.

Практическая полезность заключается в.

— разработке комплекса методического и программного обеспечения для функционирования в составе интегрированной CAD/CAM — системы;

— применении модифицированной интегрированной CAD/CAM — системы для эффективного проектирования процесса обработки поверхностей деталей, в том числе пространственносложных;

— обеспечении регламентированной точности за счет использования разработанной моделей на основе топологичсеки объединенных поверхностей при проектировании процесса обработки.

Реализация результатов работы. Данная работа проводилась в соответствии с тематическим планом, утвержденным Федеральным агентством по образованию, по проекту. «Построение топологических моделей связанных поверхностей на основе аналитических сплайнов».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы <5бсуждались на заседаниях кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» МГТУ СТАНКИН 2005;2006 г. г., результаты представлялись на выставках SofTool 2006 г., 2005 г., на ежегодных семинарах «Российский программный комплекс Т-FLEX» в 2004;2006 годах.

Публикации. По теме диссертационной работе опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложений, изложенных на 109 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 79 наименований.

выводы'.

1 В работе решена новая научная задача по разработке адаптивно-аппроксимационной модели построения пространственносложных поверхностей деталей, позволяющей с высокой степенью точности приблизить геометрический образ изделия к его техническому прототипу.

2. При проектировании обработки деталей, имеющих в своем составе поверхности двойной кривизны, на этапе моделирования формообразования целесообразно использовать линейный контакт инструмента с поверхностью.

3. Для автоматизации программирования обработки деталей с поверхностями двойной кривизны на станках с ЧПУ необходимо развитие и совершенствование метода представления поверхностей деталей в виде топологичсеки объединенной поверхности.

4 Разработанные аналитические зависимости для геометрических примитивов в составе топологически объединенной поверхности, а также для определения адаптивно-аппроксимационной модели, позволяют спроектировать обработку поверхностей двойной кривизны с линейным контактом инструмента.

5. Получен ряд аналитических зависимостей и программная реализация для определения геометрических параметров биконического инструмента на основе адаптивно-аппроксимационной модели.

6. При разработке новых расчетных геометрических структур необходимо предусматривать их связь с объектами международных графико-технологическими форматов (VDA FS, STEP), что делает программный пакет конкурентоспособным на мировом рынке 7 На основе разработанного математического обеспечения создана программная реализация метода проектирования многокоординатной фрезерной обработки биконической фрезой в виде набора программных функций в составе интегрируемой CAD/CAM системы.