Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2016

УДК 004.896

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ

НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА А.В. Кордюков

Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П.А. Соловьева, Рыбинск, Россия

kordukovant@mail.ru

Рассмотрен вопрос автоматического формирования описания детали на основе методов искусственного интеллекта. Предложены математическая модель формирования описания детали и алгоритм работы системы. Определены пути совершенствования автоматизации описания элементов деталей.

Ключевые слова: автоматизированное описание детали, САПР ТП, искусственный интеллект, математическая модель элементов детали.

Современные САПР технологических процессов располагают инструментами, позволяющими связывать конструктивные элементы детали с типовыми переходами операций технологического процесса. Имея развитую базу знаний, работающую на принципах искусственного интеллекта, можно быстро сформировать перечень необходимых переходов для изготовления элементов деталей. Подобранные переходы в дальнейшем можно объединить в операции и сформировать маршрут обработки.

Методы формализации геометрии деталей разрабатывались давно, но не нашли должного применения в САПР ТП. Сейчас можно выделить несколько методик разных авторов. Предлагаются следующие подходы к решению задачи формализации описания детали, например, формирование СТОК-групп в методике В.Г. Старостина, использование таблиц кодировочных сведений, описанных Н.М. Капустиным, структурирование информации с применением словаря первичных структурных элементов деталей в методиках В.Д. Цветкова и Б.С. Падуна и т.д. Среди них наиболее приемлема для автоматизации методика, предложенная В.Д. Цветковым [1].

291

Как утверждает В.Д. Цветков, для получения описания детали необходима лишь часть информации, которая будет образовывать ее технологическую модель.

Для проектирования технологического процесса механической обработки детали ее состояние описывается совокупностью поверхностей, ограниченных размерами и имеющих пространственные отношения. За исходные элементы для проектирования целесообразно принимать элементарные, нормализованные и типовые поверхности.

Технологическую модель детали (ТМД) с необходимыми и достаточными для проектирования техпроцессов ее изготовления признаками можно описать следующим образом:

ТМД H ,G Q,U , Sф, Sp , Z ,

где H – основные конструкторские базы детали и степени свободы, которые они фиксируют; G(Q,U) – структурный состав детали; Sф, Sp – формообразующая и размерная структуры дета-

ли; Z – общие сведения о детали.

Из аналитической и начертательной геометрии известно, что наиболее удобен и распространен кинематический способ задания поверхностей. Кинематический способ тесно связан с понятием определителя. В число условий, входящих в состав определителя, должны быть включены: перечень геометрических фигур, участвующих в образовании поверхности, а также алгоритмическая часть, указывающая на взаимосвязь между этими фигурами.

Для технологического проектирования [2] определитель также следует дополнить информацией о физико-механическом состоянии поверхности. Определитель поверхности, необходимый для технологического проектирования, в общей форме будет иметь вид

Ф(Г);[А];{С},

где {С} – сведения о физико-механическом состоянии описываемой поверхности.

Развернутый определитель в общем виде будет включать следующие признаки:

292

ОПР Ф(Г);[A];{C} Ф(К, B, R);[L];{ , Ф,ТО, МС, ПК, ГЛ},

где К – код формы поверхности; L – размерные параметры, характеризующие закон движения образующей в пространстве; В – размеры профиля; R – размеры переходных поверхностей (фаски, канавки, радиусы закруглений) при сопряжении данной поверхности с другими; – шероховатость поверхности; Ф – отклонение от правильной геометрической формы поверхности; ТО, МС – вид термообработки и механические свойства поверхности; ПК, ГЛ – вид покрытий, глубина покрытия или термообработки.

После определения основных поверхностей детали необходимо переходить к описанию их сочетания и взаиморасположения, а также к описанию размерной структуры Sф, Sp .

Сведения о детали Z в общем виде будут следующими:

Z Hд , Nд , L, D, B, H , MT , TO, ПК, МС, ос , Фос ,

где Hд – наименование детали; Nд – номер детали; L, D, B, H – габаритные размеры детали; M T – материал; TO – термообработка; ПК – покрытия детали; МС – механические свойства;ос – чистота обработки остальных поверхностей; Фос – величи-

ны фасок, не оговоренных на чертеже.

В итоге будем иметь в развернутом виде следующую ТМД:

Для построения технологической модели детали необходимо найти все элементы, из которых она состоит. Для этого первоначально следует определить пространство модели и глобальную систему координат детали (для трехмерных моделей) или определить привязку главного вида детали к системе координат чертежа. Следует также выяснить все виды, разрезы и сечения, размещенные на чертеже, и их привязку к глобальным координатам.

293

Следующим этапом будет предварительная обработка чертежа или модели, заключающаяся в разбиении детали на элементарные составляющие, затем определение их размеров и параметров качества.

Классификацию элементов предлагается осуществлять по следующему укрупненному алгоритму:

1.Определить систему координат детали и наличие оси ее вращения.

2.Определить габаритные размеры детали по всем осям.

3.Выполнить разделение на элементарные составляющие поверхности детали.

4.Выделить первый элемент, определить его границы.

5.Выделить признаки (направляющую и образующую) элемента, а также его размеры.

6.Отправить вектор поверхности на распознавание.

7.Определить тип поверхности, записать его размеры и тип

вфайл описания детали. Повторить п. 4–7 для всех выделенных элементов детали.

8.Запросить сведения о правильности распознавания элементов детали.

9.Объединить элементарные поверхности, определить условия и сочетания, пересечения, взаимопереходы и относительное расположение.

10.Выбратьиопределитьтиповыетехнологическиеэлементы.

11.Выбрать через диалог базовые поверхности детали.

12.Задать показатели качества поверхностей по каждой в отдельности и в целом детали.

13.Задать допуски расположения.

14.Определить массу детали, материала. Прочитать технические требования или их задание.

15.Окончательное формирование ТМД.

Список литературы

1.Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. – М.: Наука и техника, 1979. – C. 264.

2.Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. – М.: Машиностроение, 1972. – 240 с.

294

УДК 621.357.64

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОРЕЗАНИЕ МЕЖЛОПАТОЧНЫХ КАНАЛОВ ОСЕВЫХ МОНОКОЛЕС КОЛЬЦЕВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Д.В. Курылев

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

dvkurylev@kai.ru

Использование в роторе газотурбинного двигателя моноколес позволяет добиться снижения массы конструкции до 25 % от исходной и повысить частоту его вращения до 50–80 тысяч об/мин. Изготовление осевых моноколес из непрофилированых заготовок, включающее фрезерную обработку лопаточных венцов концевой фрезой, является одним из самых распространенных способов производства этих деталей. Недостаток этого технологического приема – низкая производительность фрезерной обработки. В данной работе рассматривается формообразование межлопаточных каналов кольцевым инструментом, позволяющееповыситьпроизводительностьпроизводствамоноколес.

Ключевые слова: моноколесо, кольцевой инструмент, формообразование.

В2004 г. появилась первая информация о теоретической возможности повышения производительности предварительного прорезания межлопаточных каналов осевых монколес по схеме кольцевого фрезерования [1]. Обработка межлопаточных каналов осевых моноколес кольцевым режущим инструментом напоминает схему нарезания конических колес с круговыми зубьями методом обкатки. Инструмент 1 устанавливается в определенном положении относительно заготовки моноколеса 2. Обработка производится по всей ширине межлопаточного канала. В процессе обработки кольцевой инструмент может перемещаться по одной

координате (Sz) до пяти. После обработки одного межлопаточного канала осуществляют поворот моноколеса на 360º/n, где n – число лопаток моноколеса, и производят обработку следующего межлопаточного канала (рис. 1).

Врамках натурного эксперимента проводили одно-, двух-,

трех- и четырехкоординатную обработку моноколеса осевого ком-

295

прессора высокого давления вертолетного двигателя. Обработку непрофилированной заготовки из материала Д16Т (алюминиевый сплав) производили в автоматическом режиме на четырехкоординатном фрезерном станке (рис. 2).

Рис. 1. Схема обработки межлопаточных каналов осевых моноколес кольцевым инструментом [2]

аб

Рис. 2. Обработка межлопаточных каналов кольцевым инструментом на фрезерном станке: а – положение инструмента

изаготовки; б – полученный межлопаточный канал;

1– непрофилированная заготовка; 2 – приспособление; 3 – трехкулачковый патрон поворотного стола;

4 – кольцевой инструмент

296

После обработки измеряли профили лопаток осевого моноколеса на томографе X-ray X5000 CT с максимальной погрешностью измерения 0,1 мм. Результатом измерения являлась 3D-модель осевого моноколеса, полученного после прорезания кольцевым инструментом. Используя полученную модель, определили погрешность формообразования. Максимальная погрешность на спинке составила 3,44 мм, а на корыте – 1,35 мм.

Поскольку при таких больших значениях погрешности формообразования невозможно провести окончательную обработку пера лопатки, то приходится в технологический процесс изготовления моноколеса после прорезания межлопаточных каналов кольцевым инструментом ввести дополнительную операцию выравнивания припуска концевой фрезой [3, 4].

Выбранная стратегия обработки межлопаточных каналов кольцевым инструментом определяет величину и равномерность припуска под окончательную обработку. С увеличением числа управляемых координат уменьшается погрешность формообразования и увеличивается объем удаленной части канала. При этом увеличивается машинное время обработки. С другой стороны, с увеличением объема удаленного материала при прорезании межлопаточных каналов кольцевым инструментом уменьшается машинное время последующей операции выравнивания припуска. В таблице представлены значения машинного времени для различных стратегий обработки межлопаточных каналов осевого моноколеса.

Однокоординатная обработка позволяет прорезать межлопаточный канал с минимальными затратами времени. Однако из-за большой погрешности формообразования необходимо много времени для выравнивания припуска. После четырехкоординатной обработки на выравнивание припуска необходимо меньше времени, чем для остальных кинематических схем. Из-за сложной траектории формообразования итоговое машинное время оказалось даже больше, чем при прорезании канала концевойфрезой. Меньшее итоговое машинное время отмечаем при использовании предварительной двухкоординатной обработки межлопаточных каналов кольцевым инструментом.

297

Сравнение стратегий предварительной обработки межлопаточных каналов

Таким образом, в заводских условиях, исходя из наличного станочного парка, программы выпуска моноколес, затрат на производство и других факторов, после анализа возможных схем формообразования межлопаточных каналов кольцевым инструментом технологдолжен решить, какаясхема позволяет изготовитьмоноколесо с требуемыми технико-экономическими показателями. И уже с учетом выбранной схемы разработать технологический процесс изготовленияосевогомоноколеса.

Список литературы

1.Моделирование процесса обработки межлопаточных каналов моноколес ГТД кольцевым инструментом / Л.Т. Моисеева, О.Г. Захаров, А.В. Туранов, А.В. Стариков // Известия высших учебныхзаведений. Авиационнаятехника. – 2005. – №4. – С. 62–66.

2.Способ формообразования сложнопрофильных межлопаточных каналов моноколеса ГТД и инструмент для его осуществления: пат. 2264891 Рос. Федерация / Захаров О.Г., Моисеева Л.Т., Лунев А.Н., Жуков В.К.; заявитель и патентообладатель

3.Курылев Д.В., Лунев А.Н. Снижение кинематической погрешности при механической обработке межлопаточных каналов моноколеса кольцевым режущим инструментом // Поиск эффективных решений в процессе создания и реализации научных разработок

вроссийской авиационной и ракетно-космической промышленности: междунар. науч.-практ. конф. – Казань, 2014. – С. 393–395.

4.Сакаев А.Х., Макаров В.Ф. Высокотехнологическое обеспечение обработки профильных поверхностей лопаток турбин на обрабатывающем центре // Новые материалы и технологии в ма-

шиностроении. – 2012. – № 15. – С. 138–141.

УДК 539.374

СТРУКТУРНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ НАГРУЖЕНИИ

М.А. Соковиков, Д.А. Билалов, В.В. Чудинов, В.А. Оборин, С.В. Уваров, О.Б. Наймарк

Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия sokovikov@icmm.ru

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование механизмов локализации пластического сдвига при динамическом деформировании металлов. Механизмы связываются с коллективными эффектами в ансамбле микродефектов в пространственнолокализованных областях. Инфракрасное сканирование in situ зоны неустойчивости и последующее изучение дислокационной субструктуры подтвердили предположение орешающей роли неравновесных переходов в ансамблях дефектов при развитии локализованного пластического течения. На основе уравнений, отражающих связь неравновесных переходов с механизмами структурной релаксации и пластического течения, проведено моделированиелокализациипластическойдеформации.

Ключевые слова: локализация пластической деформации, динамическоенагружение, микродефекты, численноемоделирование.

Изучались неустойчивость и локализация пластической деформации пластического деформирования при динамическом нагружении. Для теоретического анализа использовалась ранее

299

разработанная теория, в которой методами статистической физики и термодинамики необратимых процессов изучается влияние микросдвигов на пластические свойства твердых тел [1].

Исследовалось поведение образцов в режиме, близком к чистому сдвигу, при динамическом нагружении на стержне Гоп- кинсона–Кольского. Для этого были разработаны образцы специальной формы и оснастка, обеспечивающие реализацию плоского деформированного состояния [2]. В режиме реального времени боковая поверхность образцов исследовалась с помощью высокоскоростной инфракрасной камеры CEDIP Silver 450M (чувствительность не менее 25 мК при 300 °К, спектральный диапазон – 3–5 мкм, максимальный размер кадра – 320×240 точек). Полученное распределение температурного поля в различные моменты времени позволило судить о развитии процесса локализации пластической деформации.

Исследования процесса деформирования на стержне Гоп- кинсона–Кольского с помощью инфракрасной камеры в режиме реального времени указывают на то, что значения температур в областях локализации пластической деформации не превышают ~90 °С для сплава АМг6 (рисунок).

Рис. Образец для испытаний (а), распределение температуры по координате перпендикулярно области сдвига (б) и инфракрасное изображение в процессе деформирования (в), материал АМг6

300