CC BY
16
МЕТ^ШШБРАБОТКА
Л—IV_^ НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
УДК 65.01:621.9:658.5:65.011.56:004.9 DOI 10.25960/mo.2020.4.50
Технологическая подготовка производства деталей на станках с ЧПУ с использованием перестраиваемых ЭЭ-моделей операционных заготовок
К. В. Абрамян1, К. П. Помпеев2, О. С. Тимофеева2, Е. И. Яблочников2
1 ПАО «Техприбор», Санкт-Петербург, Россия
2 Национальный исследовательский университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
В работе рассматриваются методики создания перестраиваемых 3D-моделей операционных заготовок и их последующего использования при проектировании операций с ЧПУ. Предлагаемые методики наиболее эффективно применять в условиях внедрения в производство многооперационных технологических процессов (ТП). Применение этих методик в условиях разнородной среды моделирования объектов и интегрированных бизнес-процессов, использующих 3D-модели, позволяет сократить общее время проведения технологической подготовки производства (ТПП) деталей на станках с ЧПУ, снизить влияние субъективного фактора на процессы ТПП и тем самым повысить их качество. В то же время применение этих методик является одним из факторов, позволяющих ускорить переход промышленных предприятий к цифровому производству (ЦП) и усилить организационную и информационную интеграцию специалистов предприятия.
Ключевые слова: технологическая подготовка производства, металлообработка, станок с ЧПУ, обрабатывающий центр, 3D-модели операционных заготовок, методика, интегрированные бизнес-процессы, цифровое производство, киберфизические системы, жизненный цикл изделий, организационная и информационная интеграция специалистов.
Введение
Современные приборостроительные предприятия должны уделять самое серьезное внимание изучению и применению новых информационных и производственных технологий, чтобы гарантировать выпуск конкурентоспособной продукции. Ключевой методологией создания интегрированных информационных систем промышленного предприятия является методология жизненного цикла изделий (ЖЦИ). В свою очередь, актуальной на сегодняшний день технологией описания изделий на всех этапах жизненного цикла считается трехмерное моделирование. К одному из важнейших этапов ЖЦИ относится ТПП. На этом этапе определяются необходимые ресурсы и
возможные способы их использования для изготовления изделий с требуемым качеством в заданные сроки при минимальных производственных затратах.
Одним из важнейших направлений развития современной экономической модели является цифровизация производственных и технологических процессов в различных отраслях промышленности. Переход к модели цифровой экономики за счет развития цифровых технологий в постиндустриальном мире, наблюдающийся в промышленности в последние два десятилетия XXI века, связан с появлением и бурным развитием такой важной ее составляющей, как цифровое производство.
В цифровом производстве (ЦП), как правило, рассматриваются роботизированные ли-
нии и участки, имеющие повышенный или высокий уровень автоматизации либо обладающие полной автоматизацией. Вместе с тем активно рассматривается вопрос организации ЦП как множества взаимодействующих киберфизических систем (КФС) [1]. Одной из таких систем, согласно этому источнику, является операционная заготовка (ее цифровой двойник, составной частью которого является ЭБ-модель), которая должна сама определять следующий производственный ресурс для своей обработки с учетом текущего состояния производственной системы. Таким образом, ЭБ-модель операционной заготовки (ОЗ) начинает играть главную организующую роль (рис. 1), а это возможно только при использовании автоматизированного (автоматического) режима как проведения ТПП, так и работы всей производственной киберфизической системы. При разработке таких КФС необходимо максимально снижать или исключать влияние субъективного фактора за счет создания баз знаний, правил и методик, а также использования искусственного интеллекта [2].
На приборостроительных предприятиях существует большая практика использования систем трехмерного моделирования. Однако среда систем является, как правило, разнородной вследствие их приобретения на протяжении длительного периода времени для конкретных подразделений с учетом специфики их задач. Вопрос об объединении множества различных систем в единую цифровую платформу и преимущества такого подхода теоретически понятен и руководителям, и специалистам, отвечающим за использование информационных технологий, но это требует значительных инвестиций, кардинального изменения в соответствующих стандартах предприятия, а также массового переобучения персонала. Таким образом, на этом этапе основным направлением повышения эффективности интегрированных бизнес-процессов, использующих трехмерные модели, является разработка методик работы с такими моделями в разнородной среде, что не противоречит систематической работе по унификации используемого программного обеспечения и последовательному созданию единого информационного пространства для всех специалистов, принимающих участие в разработке и выпуске продукции.
Рис. 1. Интегрирующая роль ЭБ-моделей операционных заготовок при подготовке и организации производства
Fig. 1. Integrating role of 3D models of operational workpieces in the preparation and organization of production
В связи с разнородностью программной среды различные подразделения предприятия создают на разных этапах ЖЦИ для одного и того же изделия ЭБ-модели, используемые только для решения своих задач. Это может быть связано, в первую очередь, с различными целями моделирования. Например, задачей конструктора является проектирование изделий с точки зрения их функционального назначения и проверки работоспособности, а задачей технолога — моделирование процессов изготовления деталей изделия и его сборки. Таким образом, после анализа технологом ЭБ-моделей деталей, полученных от конструктора, требуются моделирование необходимого для достижения требуемой размерной точности при их изготовлении количества операционных заготовок и разработка соответствующих операционных эскизов.
Как известно, одной из задач выполнения любой операции является обеспечение точности обработки, т. е. получение размеров обработанной заготовки в пределах полей допусков, указанных в операционном эскизе. На обеспечение точности обработки резанием влияет множество факторов [Э], таких
№ 4 (118)/2020
Щ1ШБРДБРТКА
как жесткость технологической системы «станок — приспособление — инструмент — заготовка», износ инструмента, силовое воздействие инструмента на заготовку при обработке, возникающие в процессе резания упруго-пластические и температурные деформации, вибрации в технологической обрабатывающей системе, различная твердость материала заготовки по глубине и пр. Для сокращения влияния этих факторов на точность обработки заготовки настройку станков с ЧПУ можно производить на основе управляющих программ (УП), обеспечивающих получение размеров в середине полей их допусков.
Детали приборостроения, как правило, содержат комбинации из множества различных конструктивных элементов: наружных и внутренних поверхностей вращения и других форм, фасок, канавок, бобышек, карманов, выборок, пазов и т. п. Таким образом, пересчет размеров в середину полей допусков, назначение припусков, а затем создание в интерактивном режиме моделей операционных заготовок — весьма трудоемкий процесс, который может приводить к появлению ошибок. Зависимость от субъективного фактора недопустима в условиях автоматизированного и автоматического производств, а тем более в условиях цифрового и «умного» производства. Под «умным» производством авторы понимают производство, в котором отдельные его элементы могут обмениваться информацией о текущем состоянии и принимать решения по дальнейшим действиям без участия человека.
Во многих САМ-системах есть функции автоматического распознавания конструктивных элементов (КЭ), например карманов, отверстий и других КЭ, для последующего применения типовых шаблонов унифицированных процедур их обработки [4], что говорит о том, что разработчики систем борются за производительность проектирования операций с ЧПУ. При этом в некоторых САD-системах существует возможность автоматического пересчета и перестроения 3D-моделей в середину полей допусков, что может быть удобным при создании технологических 3D-моделей (операционных заготовок) для большинства размеров, за исключением особо точных квалитетов, получение кото-
рых может быть обеспечено использованием корректоров на инструмент при отладке УП на станке с ЧПУ. Если же в используемой на предприятии CAD-системе не предусмотрена возможность автоматического перестроения 3D-моделей, то технологи вручную проводят такой пересчет и, при необходимости, добавляют припуски, при этом длительность ТПП увеличивается. Таким образом, возможность автоматического пересчета и перестроения 3D-моделей в середину полей допусков размеров может рассматриваться как преимущество CAD-системы.
В условиях разнородной среды моделирования объектов и бизнес-процессов увеличение времени проведения ТПП и снижение ее качества происходят также из-за низкой интеграции в работе конструкторов и технологов на уровне передачи и использования 3D-моделей. Повысить интеграцию можно при условии создания конструкторами 3D-моделей деталей с использованием принципов и методики, описанных в [5, 6]. Повысить же качество работы технологов позволит разработка методики создания перестраиваемых 3D-моделей операционных заготовок для многооперационных ТП, а также методики последующего их использования технологами-программистами при проектировании операций для станков с ЧПУ.
При этом технолог-программист будет использовать для разработки УП полученные им 3D-модели операционных заготовок, описывающие состояние на входе и выходе с проектируемой операции. Основными его задачами в этом случае будут выбор (или определение) режущего инструмента (разработка инструментальной наладки) и материала его режущей части для обеспечения либо производительности при предварительной обработке заготовки [7-9], либо точности и шероховатости поверхностей, получаемых окончательной обработкой [10, 11], а также определение структуры операции и режимов резания. Машинное время, рассчитываемое САМ-системой для каждой операции, может автоматически передаваться в подразделение, отвечающее за нормирование производственных процессов. Таким образом, разработка описываемых в статье методик является актуальной.
К вопросу об автоматизации процесса
создания трехмерных моделей
операционных заготовок
Обрабатываемая заготовка в ходе многооперационного ТП многократно меняет свою конфигурацию и размеры. Поэтому проектирование многооперационного ТП связано с определением последовательности формирования КЭ детали и получения ими на тех или иных операциях предварительного или окончательного состояния, а также с созданием ЭБ-моделей операционных заготовок, трансформирующихся (изменяющихся) от операции к операции [5, 6]. При этом из-за смены технологических баз в процессе обработки для окончательных операций ТП технолог не может копировать структуру конструкторских размеров в создаваемую им структуру технологических размеров. То есть для части конструкторских размеров точность может быть обеспечена как минимум двумя технологическими размерами и их точностью. Кроме того, на предварительных операциях ТП должны выдерживаться технологические размеры, рассчитанные с учетом припусков на обработку заготовки на последующих операциях ТП. Все это необходимо учитывать технологу при разработке ЭБ-моделей операционных заготовок. Эти модели должны быть построены по технологическим размерам, рассчитанным в результате проведения размерно-точностного анализа. Построения, связанные с добавлением припусков на обрабатываемые поверхности, должны учитывать разработанную при этом анализе структуру технологических размеров.
ЭБ-модели операционных заготовок могут использоваться для разных целей, а именно для создания операционных эскизов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, проведения расчетов в системах инженерного анализа, разработки программ для координатно-измерительных машин (КИМ) в целях проведения межоперационного контроля, разработки конструкций технологической оснастки.
При создании операционных эскизов размеры должны проставляться в соответствии со структурой, полученной при построении размерных схем, и должны указываться рассчитанные номинальные размеры с отклоне-
ниями. А так как операционные эскизы целесообразно выполнять путем автоматического получения соответствующих видов, разрезов и сечений с ЭБ-моделей операционных заготовок, то и эти модели следует создавать с использованием номиналов техно логических размеров. Это же требование предъявляется к трехмерным моделям операционных заготовок, предназначенным для разработки программ измерений для КИМ и используемым для проектирования технологической оснастки. Однако, как уже было отмечено ранее, при разработке управляющих программ для станков с ЧПУ целесообразно использовать ЭБ-модели операционных заготовок, построенные в серединах полей допусков размеров.
Формирование ЭБ-модели операционной заготовки любой предшествующей операции следует вести на основе копирования ЭБ-модели операционной заготовки операции, следующей за ней, и доработки формируемой ЭБ-модели до требуемого состояния. При копировании модели копируется и дерево ее построения, которое может быть использовано, например, для скрытия ненужных конструктивных элементов, получаемых на последующей операции по отношению к рассматриваемой, для которой строится ЭБ-модель. Ограничением такого подхода в настоящее время является то, что при копировании нарушается ассоциативная связь между моделями, что связано с передачей геометрии модели-источника в модель-наследник как единого целого. В случае нарушения ассоциативной связи между моделями изменения, проведенные в модели-источнике, не будут автоматически отслеживаться в уже полученной копированием модели заготовки, обрабатываемой на предыдущей операции, и от технолога требуется определенное внимание при выполнении этой работы. Однако это ограничение компенсируется тем, что имеется полная определенность по каждому конструктивному элементу, имеющему предварительное или окончательное состояние, так как в моделях сохраняется дерево предыдущего и текущего построения, что, в свою очередь, является важным условием для автоматизации процесса построения трехмерных моделей заготовки, изменяющейся от операции к операции. Кроме того, эти
МЕМППООБРАБОТКА
ограничения со временем могут быть сняты вследствие совершенствования алгоритмов работы CAD- и CAD/CAM-систем.
Принципы и методика создания
перестраиваемых 3D-моделей
операционных заготовок
Вопросы, связанные с процессом проектирования операционных заготовок и его автоматизацией, рассматриваются в работах [5, 6, 13, 14] применительно к разным CAD-системам с учетом возможностей последних, что накладывает некоторые ограничения на разработку предлагаемых методов и методик. При этом существуют и общие подходы к разработке методики проектирования операционных заготовок, например направление создания операционных заготовок от детали к исходной заготовке и использование метода добавляемых тел [5, 6, 13], который подробно описан в работе [13], а также целесообразность создания базы добавляемых параметрических тел [13, 14].
С учетом этих обстоятельств разработку 3D-моделей операционных заготовок деталей любого типа в CAD-системе следует проводить с соблюдением указанных ниже принципов:
• направление создания (трансформации) 3D-моделей операционных заготовок — от последней операции к первой, т. е. от готовой детали к исходной заготовке;
• построение 3D-моделей операционных заготовок на основе результатов расчета, выполненного при размерно-точностном анализе ТП [15];
• использование функций твердотельного моделирования для «заращивания» или скрытия конструктивных элементов 3D-модели детали в 3D-модели операционной заготовки и добавления припусков на поверхности последней;
• использование метода добавляемых тел при создании 3D-моделей операционных заготовок [5, 6, 13];
• построение вспомогательных плоскостей, используемых для добавления припусков на поверхности 3D-модели заготовки, на расстояниях от этих поверхностей заготовки или других вспомогательных поверхностей в соответствии с разработанной в ходе размерно-
точностного анализа ТП структурой технологических размеров;
• обеспечение автоматического пересчета размеров в середину поля их допуска, а также по верхнему или нижнему пределу за счет использования специальной функции CAD-системы.
Декларируемое направление создания (трансформации) 3D-моделей операционных заготовок от готовой детали к исходной заготовке объясняется двумя обстоятельствами. Во-первых, после выполнения последней механо-обрабатывающей операции заготовка становится деталью, а во-вторых, к началу процесса создания 3D-моделей операционных заготовок уже имеется 3D-модель изготавливаемой детали, с трансформации которой и следует начинать этот процесс.
Для обеспечения автоматического пересчета размеров обязательно следует указывать отклонения (допуски) при простановке диаметральных размеров, а также размеров, определяющих либо длину конструктивных элементов, либо линейное расположение вспомогательных плоскостей, определяющих, в свою очередь, толщину добавляемых припусков.
Общая схема построения 3D-моделей операционных заготовок деталей любого типа представляет собой последовательность этапов:
• копирование 3D-модели операционной заготовки последующей операции в 3D-модель операционной заготовки предыдущей операции (3D-модели детали в 3D-модель операционной заготовки последней операции);
• доработка в CAD-системе полученной 3D-модели операционной заготовки до требуемого состояния;
• создание аннотаций 3D-модели операционной заготовки;
• повторение этих действий (осуществление трансформации 3D-моделей операционных заготовок) до построения 3D-модели заготовки операции, в которой она получает свое исходное (начальное) состояние.
Если конструкторским и технологическим подразделениями предприятия используются различные CAD-системы, то при передаче 3D-моделей через обменный файл в одном из стандартных форматов теряется дерево построения. В этом случае, основываясь на принципах и методике, описанных в работах
ЕЦШ№РАБ)ТК|
[5, 6], технолог должен создать свою «технологическую» 3D-модель детали, соответствующую по геометрии «конструкторской», и дальше работать уже с ней.
На основании указанных выше принципов и общей схемы построения 3D-моделей операционных заготовок разработана методика создания перестраиваемых 3D-моделей операционных заготовок, пригодная для деталей любого типа, которая представлена на рис. 2.
Корректировка размеров 3D-модели операционной заготовки последней операции должна выполняться технологом по результатам проведенного им к этому моменту времени
Г Начало
Скопировать Зй-модель детали в ЗР-модель операционной заготовки последней операции
Рис. 2. Методика создания перестраиваемых 3Б-мо-делей операционных заготовок
Fig. 2. The method of creating reconfigurable 3D models of operational workpieces
размерно-точностного анализа ТП, которыми являются структура и технологические размеры. При этом для корректируемых размеров могут изменяться либо значения их номиналов, либо значения их отклонений, либо и то и другое, т. е. могут редактироваться конструкторские размеры, обеспечиваемые соответствующими технологическими размерами.
Построенные с соблюдением указанных принципов и применением предлагаемой методики перестраиваемые ЭБ-модели операционных заготовок позволяют использовать эти модели для различных целей: разработки операционных эскизов формообразующих операций на основе ЭБ-моделей операционных заготовок; проектирования технологического оснащения; разработки УП для операций, выполняемых на станках с ЧПУ; разработки программ измерений для проведения на КИМ межоперационного и окончательного контроля; пространственного и временного моделирования производственных процессов.
Вопросы разработки операционных эскизов, технологического оснащения и программ измерений, а также пространственно-временного моделирования производственных процессов в статье не рассматриваются.
Разработка операций, выполняемых на станках с ЧПУ,
на основе перестраиваемых 3D-моделей операционных заготовок
При подготовке статьи авторы знакомились с функциями ряда САБ- и CAD/CAM-систем [4, 12, 16, 17] и практикой их использования. Совместное использование этих систем позволит ускорить работу технологов по проектированию операций, выполняемых на станках с ЧПУ, и повысить ее качество за счет интеграции систем между собой путем передачи ЭБ-моделей операционных заготовок на входе и выходе с проектируемой операции с ЧПУ в формате STEP AP214 и использования предлагаемой методики проектирования операций с ЧПУ, представленной на рис. 3.
При выполнении этапа автоматического пересчета размеров в середину поля допуска САБ-система перейдет в режим пересчета и перестроит модель, оставаясь в этом режиме.
Доработать в САй-системе полученную копированием 30-модель операционной заготовки с учетом структуры и технологических размеров, с использованием метода добавляемых тел и/или с исключением конструктивных элементов из расчета в дереве модели
№ 4 (118)/2020
55И
МЕТ^ПОО БРАБО ТКА
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 3. Методика проектирования операций с ЧПУ с использованием перестраиваемых ЭБ-моделей операционных заготовок
Fig. 3. The method of designing the CNC operations with reconfigurable operational workpieces
Сохранение полученной ЭБ-модели операционной заготовки в формате STEP AP214 для ее передачи в САМ-систему следует проводить, не выходя из режима.
На рис. 4 показаны содержание и результат выполнения этапа последовательной загрузки операционных заготовок в CAD/CAM-систему на примере проектирования фрезер-но-сверлильной операции с ЧПУ. При этом для ЭБ-модели операционной заготовки, поступающей на проектируемую операцию, устанавливается полупрозрачное отображение, чтобы можно было увидеть припуски на ее обработку после совмещения ЭБ-моделей по глобальной системе координат.
Практическое использование предлагаемой методики проектирования операций с ЧПУ на основе перестраиваемых ЭБ-моделей операционных заготовок показало, что время разработки операций средней сложности, в которых задействовано 5-7 режущих инструментов, сокращается с 1,5-2 до 0,5 ч.
Также следует отметить, что для обеспечения точности обработки наладчики станков с ЧПУ и технологи-программисты часто применяют на практике коррекцию на диаметр инструмента. В случае использования ЭБ-моделей операционных заготовок, перестроенных в середину поля допуска, при проектировании операций с ЧПУ и их отладке в производстве применение коррекции на диаметр инструмента необходимо в большинстве случаев только для учета (компенсации) его
Глобальная система координат
Глобальная
система координат
Рис. 4. Совмещение ЭБ-моделей операционных заготовок по глобальной системе координат в CAD/CAM-системе на примере проектирования фрезерно-сверлильной операции с ЧПУ
Fig. 4. Combining ЭБ-models of operational workpieces according to the global coordinate system in a CAD/CAM-system on the example of designing a CNC milling-drilling operation
износа. Погрешности, вызываемые недостаточной жесткостью технологической системы, будут компенсироваться заранее предусмотренными двусторонними отклонениями даже при одностороннем допуске, определенном конструктором. Для получения же размеров повышенной точности, введения коррекции на диаметр инструмента, которая определяется непосредственно при отладке УП, как правило, нельзя избежать.
Повышение качества работы технологов обеспечивается тем, что передаваемые в CAD/ CAM-систему перестраиваемые eD-модели операционных заготовок предварительно разрабатываются в CAD-системе по представленной в статье методике, с учетом результатов, полученных при выполнении размерно-точностного анализа многооперационного ТП [15]. Перед передачей eD-моделей операционных заготовок в CAD/CAM-систему в формате STEP AP214 к каждой из них применяется функция CAD-системы автоматического пересчета размеров в середину поля допуска. После перестроения eD-модели и ее сохранения в STEP-формате, при завершении работы этой функции, eD-модель операционной заготовки восстановит свое исходное состояние, необходимое для решения других технологических задач.
Заключение
Разработка перестраиваемых BD-моделей операционных заготовок по предлагаемой методике позволяет использовать их для различных задач, при которых они либо имеют номинальные размеры, что необходимо для оформления операционных эскизов, проектирования конструкции технологической оснастки, разработки программ измерений, а также для пространственно-временного моделирования производственных процессов, либо могут быть автоматически перестроены в середину поля допуска в целях проектирования УП для операций, выполняемых на станках с ЧПУ.
При использовании функции автоматического пересчета размеров в середину поля их допуска и соответствующего перестроения eD-моделей операционных заготовок снижается влияние субъективного фактора на ка-
чество проектирования операций, выполняемых на станках с ЧПУ, а также на обеспечение точности обработки заготовок и изготовления деталей.
Применение предлагаемой методики проектирования операций с ЧПУ на основе перестраиваемых eD-моделей операционных заготовок позволяет сократить время разработки операций средней сложности в 3-4 раза. Кроме того, повышается качество проектирования операций с ЧПУ, что приводит к снижению времени отработки операций при их внедрении в производство. Высвободившееся время ТПП может быть использовано для разработки вариантов операций с ЧПУ и выбора наиболее рационального (оптимального) для конкретных производственных условий.
Использование предлагаемых методик создания перестраиваемых 3D-моделей операционных заготовок и проектирования на их основе операций с ЧПУ возможно не только на предприятиях приборостроения, но также и в других отраслях промышленности, что позволит промышленным предприятиям ускорить переход к цифровому производству.
Литература
1. Manzei C., Schleupner L., Heinze R. Industrie 4.0 im internationalen Kontext. Berlin: VDE VERLAG, 2017. 302 p.
2. Абрамян К. В., Помпеев К. П., Тимофеева О. С., Яблочников Е. И. Применение систем моделирования при формировании инженерных компетенций в области цифрового производства / / Современное машиностроение. Наука и образование: материалы 8-й Международной научно-практической конференции / Под ред. А. Н. Евграфова А. А. Поповича. СПб.: Политех-Пресс, 2019. С. 3-14.
3. Маталин А. А. Технология машиностроения: учеб. для вузов. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010. 512 с.
4. Cimatron E 14.0. Руководство пользователя. [Электронный ресурс].
5. Принципы разработки трехмерных моделей деталей вращения для их использования в технологическом проектировании / В. И. Аверченков, К. П. Помпеев, Л. В. Одинцова, В. К. Лопарев // Информационные технологии на транспорте: сб. научн. тр. / Под ред. Ю. М. Ку-либанова. СПб.: Политехника, 2003. С. 3-11.
6. Помпеев К. П., Одинцова Л. В., Лопарев В. К. Визуализация результатов проектирования технологии механической обработки // Труды Шестой сессии Международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем». Ч. 2 / Под ред. В. М. Му-салимова, Б. С. Падуна. СПб.: ИПМаш РАН, 2003. С. 123-129.
МЕШПООБРАЙТКА
7. Mavliutov A. R., Zlotnikov E. G. Optimization of cutting parameters for machining time in turning process IOP Conference Series // Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327 (4). P. 042069.
8. Maksarov V., Khalimonenko A. Quality assurance during milling of precision elements of machines components with ceramic cutting tools // International Review of Mechanical Engineering. 2018. Vol. 12, is. 5. P. 437-441.
9. Yang Y. Machining parameters optimization of multi-pass face milling using a chaotic imperialist competitive algorithm with an efficient constraint-handling mechanism // Computer Modeling in Engineering and Sciences. 2018. Vol. 116, is. 3. P. 365-389.
10. Das S. R., Panda A., Dhupal D. Analysis of surface roughness in hard turning with coated ceramic inserts: Cutting parameters effects, prediction model, cutting conditions optimization and cost analysis // Ciencia e Tecnica Vitivinicola. 2017. Vol. 32 P. 127-154.
11. Bezyazychny V. F., Sutyagin A. N., Bolotein A. N. Modeling a 3D surface roughness of mating parts produced with lathe turning IOP // Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 194 (2). P. 022005.
12. Компас-SD V15. Руководство пользователя. [Электронный ресурс].
13. Куликов Д. Д., Клеванский Н. С., Бабанин В. С. Автоматизированное формирование моделей операционных заготовок // Известия вузов. Приборостроение. 2014. № 8. С. 26-29.
14. Kulikov D., Yablochnikov E., Vostropyatov A., Arnst A. Method of automated design of operating the workpieces in a CAD system environment // Proceedings of 2017 15th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN). IET. 2017. P. 96-102.
15. Pompeev K. P., Timofeev D. Y. Precision dimensional analysis in CAD design of reliable technologies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 194, N 2. P. 22-28.
16. CAD/CAM-система ADEM. Руководство пользователя. [Электронный ресурс].
17. Fikus Visualcam 17.0. Руководство пользователя. [Электронный ресурс].
References
1. Manzei C., Schleupner L., Heinze R. Industrie 4.0 im internationalen Kontext. Berlin: VDE VERLAG, 2017, 302 p.
2. Abramyan K. V., Pompeev K. P., Timofeeva O. S., Yablochnikov E. I. Application of modeling systems in the formation of engineering competencies in the field of digital production. Modern mechanical engineering. Science and education: proceedings of the 8th International scientific and practical conference. Ed. by A. N. Evgrafov, A. A. Popovich. Saint Petersbrg: Politech Press, 2019, pp. 3-14. (In Russ.)
3. Matalin A. A. Technology of mechanical engineering: textbook for universities. 2nd ed. Saint Petersbrg: LAN, 2010, 512 p. (In Russ.)
4. Cimatron E 14.0. User manual. [Electronic resource].
5. Averchenkov V. I., Pompeev K. P., Odintsova L. V., Loparev V. K. Principles of development of three-dimensional models of rotation parts for their use in technological design. Information technologies in transport: Collection of scientific papers. Saint Petersbrg: Politeh-nika, 2003, pp. 3-11. (In Russ.)
6. Pompeev K. P., Odintsova L. V., Loparev V. K. Visualization of design results of mechanical processing technology. Proceedings of the sixth session of the international scientific school «Fundamental and applied problems of the theory of accuracy of processes, machines, devices and systems». Part 2. Ed. by V. M. Musalimov, B. S. Padun. Saint Petersbrg: IPMash RAS, 2003, pp. 123-129. (In Russ.)
7. Mavliutov A. R., Zlotnikov E. G. 2018 Optimization of cutting parameters for machining time in turning process IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 327 (4), p. 042069.
8. Maksarov V., Khalimonenko A. Quality assurance during milling of precision elements of machines components with ceramic cutting tools. International Review of Mechanical Engineering. 2018, vol. 12, is. 5, pp.437-441.
9. Yang Y. Machining parameters optimization of multi-pass face milling using a chaotic imperialist competitive algorithm with an efficient constraint-handling mechanism. Computer Modeling in Engineering and Sciences. 2018, vol. 116, is. 3, pp. 365-389.
10. Das S. R., Panda A., Dhupal D. Analysis of surface roughness in hard turning with coated ceramic inserts: Cutting parameters effects, prediction model, cutting conditions optimization and cost analysis. Ciencia e Tecnica Vitivinicola. 2017, vol. 32, pp. 127-154.
11. Bezyazychny V. F., Sutyagin A. N., Bolotein A. N. Modeling a 3D surface roughness of mating parts produced with lathe turning IOP. Conference Series: Earth and Environmental Science 2018, vol. 194 (2), p. 022005.
12. Kompas-3D V15. User manual. [Electronic resource]. (In Russ.)
13. Kulikov D. D., Klevansky N. S., Babanin V. S. Automated formation of models of operating workpieces. Izvestiya Vuzov. Priborostroenie. Saint Petersburg: SPb NIU ITMO, 2014, no. 8, pp. 26-29. (In Russ.)
14. Kulikov D., Yablochnikov E., Vostropyatov A., Arnst A. Method of automated design of operating the workpieces in a CAD system environment. Proceedings of 2017 15th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), IET. 2017, pp. 96-102.
15. Pompeev K. P., Timofeev D. Y. Precision dimensional analysis in CAD design of reliable technologies. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 194, no. 2, pp. 22-28.
16. CAD/CAM-ADEM system. User manual. [Electronic resource].
17. Fikus Visualcam 17.0. User manual. [Electronic resource].
Сведения об авторах
Абрамян Камо Владимирович — генеральный директор ПАО «Техприбор», 196084, Санкт-Петербург, Варшавская ул., д. 5а, e-mail: [email protected]
Помпеев Кирилл Павлович — кандидат технических наук, доцент, доцент факультета систем управления и робототехники, Национальный исследовательский университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, e-mail: [email protected]
lyit hHLL/UUUnHDU I llA
№ltlHLL'UU inHDU I ft H
UUUViy
Тимофеева Ольга Сергеевна — кандидат технических наук, ассистент факультета систем управления и робототехники, Национальный исследовательский университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, e-mail: [email protected]
Яблочников Евгений Иванович — кандидат технических наук, доцент, доцент факультета систем управления и робототехники, Национальный исследовательский университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, e-mail: [email protected]
Для цитирования: К. В. Абрамян, К. П. Помпеев, О. С. Тимофеева, Е. И. Яблочников. Технологическая подготовка производства деталей на станках с ЧПУ с использованием перестраиваемых ЭБ-моделей операционных заготовок. Металлообработка, 2020, № 4, c. 50-59. Б01 10.25960/mo.2020.4.50
Technological manufacturing preparation of parts production
on CNC machines using reconfigurable 3D models of operational workpieces
K. V. Abramyan1, K. P. Pompeev2, 0. S. Timofeeva2, E. I. Yablochnikov2
1 PJSC Tekhpribor, St . Petersburg, Russia
2 National Research University ITMO, St . Petersburg, Russia
The paper discusses methods of creating reconfigurable 3D models of operational workpieces and their further use in the design of CNC operations. The proposed methods are most efficient in cases of introduction of multi-operational technological processes (TP) into production. The use of these methods in a heterogeneous modeling environment and integrated business processes using 3D models allows to reduce the total time of technological manufacturing preparation (TMP) of parts production on CNC machines, reduce the influence of subjective factors on the processes of the TMP, and thereby improve their quality. At the same time, it can accelerate the transition of industrial enterprises to digital production (DP) and strengthen the organizational and information integration of enterprise specialists.
Keywords: technological manufacturing preparation, metalworking, CNC machine, machining center, 3D models of operational workpieces, methodology, integrated business processes, digital production, cyber-physical systems, product life cycle, organizational and information integration of specialists.
Information about the authors
Kamo V. Abramyan — General Director of PJSC Tekhpribor, 5a, Varshavskaya str., Saint Petersburg, 196084, Russia, e-mail: [email protected]
Kirill P. Pompeev — Candidate of Engineering Sciences, Docent, Associate Professor of the Faculty of Control Systems and Robotics, National Research University ITMO, 49, Kronverkskiy pr., Saint Petersburg, 197101, Russia, e-mail: [email protected]
Olga S. Timofeeva — Candidate of Engineering Sciences, Assistant of the Faculty of Control Systems and Robotics, National Research University ITMO, 49, Kronverkskiy pr., Saint Petersburg, 197101, Russia, e-mail: olga2957869@ mail.ru
Eugeny I. Yablochnikov — Candidate of Engineering Sciences, Docent, Associate Professor of the Faculty of Control Systems and Robotics, National Research University ITMO, 49, Kronverkskiy pr., Saint Petersburg, 197101, Russia, e-mail: e-mail: [email protected]
For citation: Abramyan K. V., Pompeev K. P., Timofeeva O. S., Yablochnikov E. I. Technological manufacturing preparation of parts production on CNC machines using reconfigurable 3D models of operational workpieces. Metalloobrabotka, 2020, no 4, pp. 50-59. DOI 10.25960/mo.2020.4.50
UDC 65.01:621.9:658.5:65.011.56:004.9
DOI 10.25960/mo. 2020.4.50
