Челябинские ученые разработали метод настройки станков для идеальной точности обработки деталей

Фото: ЮУрГУ

Исследователи Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) предложили новый подход к компьютерному моделированию для достижения максимальной точности обработки деталей. Технология учитывает износ инструмента и деформации заготовки, позволяя корректировать управляющие программы без дорогостоящих натурных испытаний. Это имеет огромное значение для авиа- и двигателестроения, где применение труднообрабатываемых полимерных и металлических композитов растет с каждым годом.

«Главная проблема современного автоматизированного проектирования в том, что CAD/CAM/CAE-системы работают с идеальными моделями. Они оперируют гладкими, безупречными поверхностями, не учитывая реальные условия обработки: шероховатость деталей, их упругие и тепловые деформации или неизбежный износ режущего инструмента. В результате прогноз точности обработки получается неверным. Такие расчеты не дают возможности инженерам на предприятиях обеспечить повышение качества продукции. Из-за этого многие важные разработки до сих пор ведутся методом проб и ошибок уже на стадии опытных работ. Это снижает общую эффективность производства. Кроме того, классическая аналитическая геометрия зачастую не может математически описать сложные, изношенные поверхности инструментов», - объясняет доцент кафедры «Технологии машиностроения» ЮУрГУ Екатерина Щурова.

Учёные объединили в своей разработке два мощных численных метода: воксельное моделирование и физическое моделирование (МКЭ, SPH). Методика состоит из трех этапов:

1.        Сначала создаётся подробная 3D-модель детали и инструмента, но не сплошной поверхностью, а в виде множества маленьких «кубиков» – вокселей. Это позволяет описать особенности микрорельефа с высокой точностью.

2.        Затем система моделирует износ инструмента прямо во время работы. На основе данных о траектории резания программа рассчитывает, как меняется геометрия режущей кромки в каждый момент времени, и закладывает эти изменения в дальнейший расчёт.

3.        Финальный этап – микромоделирование самого процесса резания в ключевых точках. С помощью метода сглаженных частиц (SPH) вычисляются реальные силы, действующие на деталь. Эти данные служат основой для финального расчёта напряжений и деформаций в материале.

Специалисты проверили свой подход на реальном примере: чистовой обработке лопатки компрессора авиационного двигателя. Установлено, что возможность виртуальной доводки управляющей программы станка позволяет на порядок сократить время и затраты на физическое прототипирование и экспериментальную отладку производства.

В планах научной группы – дальнейшее совершенствование метода, адаптация его под различные типы композитов и промышленных станков с ЧПУ, а также снижение требований к вычислительным ресурсам для внедрения в производство на средних и малых предприятиях. Конечной целью специалистов является создание полностью цифрового, виртуального производства, где каждая операция сначала будет безупречно отработана в компьютере и лишь затем запущена на реальном станке, гарантируя неизменное качество и точность готовых изделий.

Источник: https://minprom.gov74.ru/minprom/news/view.htm?id=11777160

Все новости о нацпроекте «Средства производства и автоматизации» можно прочитать в нашем тг-канале: https://t.me/sredstva_proizvodstva

И в нашей группе во ВКонтакте: https://vk.com/fgup_crp