Оптимизација путање алата при обради скулпторских површина глодањем

Abstract

Развој обрадних система нове генерације и супер брзих персоналних рачунара је допринео све чешћој употреби машинских делова са скулпторским површинама у инжењерству. Развијени поступци обраде скулпторских површина лоптастим глодалом су били полазна основа за формирање аналитичких модела за анализу и оптимизацију пројектоване путање алата што представља и основни циљ истраживања у овој дисертацији. Анализом могућности комерцијалних CAD/CAM система са становишта обраде скулпторских површина глодањем су уочени недостаци истих чиме је указано на могући простор за побољшања и квалитетнија решења. Систематизованим прегледом параметарског описа различитих типова кривих и површина и одговарајућим диференцијалним рачуном над њима је створена основа за имплементацију истих у развијеном софтверском систему. Истраживањем је такође, обухваћена изградња различитих модела за оптимизацију процеса обраде скулпторских површина базираних на различитим критеријумима оптимизације као што су: максимална храпавост обрађене површине, силе резања и равномерност храпавости обрађене површине. Због непостојања података за усвојену комбинацију материјала и геометрије алата и метеријала припремка развијен је механистички модел за предикцију компонената силе глодања који је подразумевао експериментално одређивање скупа коефицијената резања. За овако развијене моделе у дисертацији је развијен off-line метод вишекритеријумске оптимизације путање алата на бази учитаних CAD модела изратка и припремка. Методи су имплементирани у оквиру софтверског решења које омогућује аутоматско/интерактивно пројектовање технологије обраде за НУМА која од корисника не захтева велико искуство у CNC технологији. Машинском обрадом делова на бази управљачких кодова добијених из развијене апликације показан је квалитет пројектованог система за процес off-line оптимизације путање алата. Метролошком анализом на НУММ је показано да је обрада извршена у оквиру дозвољеног одступања чиме је потврђена тачност генерисања тачака локације алата помоћу развијених метода.

The development of new generation manufacturing systems and super fast personal computers contributed to an increased use of mechanical parts with sculptured surfaces in engineering. The methods developed so far for machining of sculptured surfaces with ball end mill were used as the basis for constructing analytical models for analysis and optimization of the projected tool path, which represents the main research goal of this thesis. The commercial CAD/CAM system analysis of machining capabilities of sculptural surfaces by milling provided more insight into its limitations, pointing towards possible areas for improvement and finding more appropriate solutions. Using a systematic exploration of parametric descriptions for different types of curves and surfaces, and applying appropriate differential calculations, the basis for their implementation was created in the developed software system. The research also included the construction of different models for machining optimization of sculptural surfaces, based on various optimization criteria such as: maximum surface roughness, cutting forces and uniformity of surface roughness. A mechanistic model for the prediction of cutting force components, which included experimental determination of a set of cutting coefficients, was developed due to the lack of existing data for the adopted combination of material and tool geometry, as well as the material of the workpiece. For these models, an off-line method was developed for multi-criteria tool path optimization based on the loaded CAD models of the machined part and the workpiece. These methods have been implemented in a software application which enables an automatic/interactive design of manufacturing technology for a numerical control machine which requires very little user experience in CNC technology. The quality and reliability of the developed system for off-line tool path optimization was demonstrated by machining parts using the control code generated by the developed software application. Metrological analysis using a coordinate-measuring machine was used to verify that the machining was performed within the specified tolerance, thereby confirming the accuracy of generating cutter tool path using the methods developed in this thesis.