ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

​USING DESIGN RESEARCH TO FIND OPTIMAL CUTTING TOOL PARAMETERS

Natalia Sustatova

Master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute- (branch of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

Natalia Pris

scientific director, candidate of technical sciences, associate professor, Arzamas Polytechnic Institute- (branch of the R.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается возможность использования исследования проектирования в программном обеспечении SolidSimulation для поиска оптимальных параметров режущего инструмента (диаметр и вылет концевой фрезы) при обработке детали способом высокоскоростного фрезерования Использование данного материала легло в разработку алгоритма поиска оптимальных режимов резания и параметров режущего инструмента.

ABSTRACT

This article discusses the possibility of using design research in the SolidSimulation software to find the optimal cutting tool parameters (end mill diameter and overhang) when machining a part using high-speed milling. The use of this material formed the basis for developing an algorithm for finding the optimal cutting modes and cutting tool parameters.

Ключевые слова: концевая фреза, высокоскоростное фрезерование, исследование проектирования, SolidSimulation.

Keywords: end mill, high speed milling, design research, SolidSimulation.

Поиск оптимальных параметров режущего инструмента при обработке деталей методом высокоскоростного фрезерования является наиболее острой задачей, стоящей перед инженером-технологом. В настоящее время можно использовать специализированное программное обеспечение для поиска ответа на поставленную задачу. В данном статье исследуется оптимизационная модель шпиндельного узла «Шпиндель+инструмент», рассмотрена возможность определения оптимального сценария на основе использования параметрического расчета в программном обеспечении SolidSimulation.

Для проведения исследования используется два параметра – диаметр фрезы, который будет изменяться в диапазоне 2…10 мм (с шагом 2 мм) и вылет фрезы, изменение которого целесообразно назначить в диапазоне 10…40 мм (с шагом 3 мм). Целевым параметров будет фигурировать – максимальная частота вращения для напряжения меньше предела прочности фрезы (предел прочности быстрорежущей стали Р6М5 19265-73 равен 325 МПа).

Параметрическая модель для проведения исследования представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Параметрическая модель для исследования

Элемент фрезы является параметрическим сегментом модели и имеет два параметра, которые могут быть использованы для сценария проектирования (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Параметрический сегмент фрезы модели

Для проведения исследования проектирования были выполнены частотный и гармонический анализы для расчетной модели с параметрическим сегментом фрезы. В результате проведения гармонического исследования были определены следующие резонансные частоты для параметрической модели (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Резонансные частоты колебаний

Наиболее опасными являются частоты 1686,8 Гц и 3107 Гц – для направления Y. Данные частоты не выходят за диапазон 333 Гц (для максимальной частоты вращения при высокоскоростном фрезеровании). Выполним исследование проектирования на основе проведенного частотного и гармонического анализа для параметрической модели с сегментом фрезы. Интерфейс исследования проектирования представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Интерфейс исследования проектирования

Переменные параметры представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Параметры сегмента фрезы

После задания переменных необходимо сконфигурировать диапазон изменения их параметров (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Диапазон изменения параметров сегмента фрезы

В качестве ограничения для принятия решения о целесообразности сценария необходимо использовать критерий прочности, то есть напряжение должно быть меньше предела прочности материала 325 МПа (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Ограничения для исследования

Для поиска оптимального решения будем использовать параметр минимизации частоты первого резонанса (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Параметр цели исследования

Далее необходимо запустить исследование сценария проектирования и проанализировать получившиеся результаты. При поиске оптимального параметра система решает 55 исследований, изменяя геометрию сегмента фрезы в заданных диапазонах. Далее найденное решение сравнивается с ограничением, если получившееся значение больше целевого, то сценарий считается неоптимальным (подсвечивается красным цветом). Если найденное решение меньше заданного ограничения, то сценарий считается оптимальным и система его подсвечивает белым цветом. Далее на основе параметра цели определяется самое оптимальное решение (оно подсвечивается зеленым цветом). Поиск решений представлен на рисунке 9.

Рисунок 9. Результаты исследований

В результате исследования было определено оптимальное решение с точки зрения быстроты обработки, жесткости системы, прочности фрезы. Системой было выбрано решение: диаметр фрезы 10 мм, частота 1665,7 Гц.

Так же системой в качестве допускаемых были выбраны следующие решения: диаметр фрезы 6 мм, вылет 10 мм и 13 мм, диаметр фрезы 8 мм с вылетом в диапазоне 10…31 мм, диаметр фрезы 10 мм с вылетом 13…40 мм.

Необходимо отметить, что допускаемые варианты диаметров и вылетов фрез очень схожи по частоте резонанса. В них резонанс находится в диапазоне 1665,701…1668,7 Гц.

Для визуализации найденных решений можно использовать параметры графического отображения. На рисунке 10 представлена зависимость напряжения от набора параметров.

Рисунок 10. Зависимость напряжений в зависимости от набора параметров сегмента фрезы

В частности, допускаемыми диаметрами и вылетами являются: диаметр 6 мм с вылетами 10…13 мм, диаметр 8 мм с вылетами в диапазоне 10…31 мм, диаметр 10 мм с вылетом в диапазоне 10…40 мм. Оптимальным с точки зрения минимизации резонансной частоты является диаметр 10 мм с вылетом 34 мм. Использование сценариев проектирования при оптимизации режимов резания и параметров режущих инструментов на стадии разработки технологического процесса позволяет спроектировать оптимальный с точки зрения выхода годных деталей технологический процесс.

Список литературы:

1. https://help.solidworks.com/2020/RUSSIAN/SolidWorks/sldworks/IDC_HELP_HELPTOPICS.htm. (дата обращения: 12.09.2024)