WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

где – продолжительностьпроцесса электроэрозионной обработки; – мощностьэлектрической энергии, подаваемой в МЭП; – себестоимостьединицы электрической энергии; –продолжительность простоя станка,связанного с заменойэлектрода-инструмента или рабочейжидкости; – число деталей,обработанных за период стойкостиэлектрода-инструмента; –себестоимость одной минуты работы станка; – сумма себестоимостиэлектрода-инструмента и рабочейжидкости.

Рассмотрим случайэлектроэрозионной обработки одинаковыхдеталей с постоянными параметрами режима,для которого справедливысоотношения:

; ;,

где – объем металла,снимаемого для получения детали; – объемметалла, удаляемый единичнымэлектрическим импульсом; – частотаследования импульсов; – мощность импульса; – скважностьимпульсов; – период стойкостиинструмента. Из выражений (1) и (2) следует,что:

.

Так как значения V,,, И и не зависят от режимовобработки, примем их константами. Величины, и T, наоборот, следуетрассматривать как некоторые функции, и параметров электроэрозионной обработки,где – амплитуда силы токаимпульса. Поэтому математическимвыражением критерия оптимальности режимаможет служить функция:

,

где,,, – константы,определяемые на основе справочных данных итехнологической документации; причем (см3) характеризует общийобъем металла, который необходимо удалитьдля получения детали; (руб./кВтч) отражает себестоимостьэлектрической энергии; (руб./ч) характеризуется себестоимостьюодного часа работы электроэрозионногостанка; (руб.)характеризуется стоимостьюэлектрода-инструмента. С учетом того, чтопроизведение равно скоростиобъемного съема иотношение энергии импульса к его скважности равномощности, потребляемойпроцессом ЭЭО получим окончательный видцелевого функционала, выраженного вединицах стоимости обработки(рублях):

.

Границами областирешений являются ограничения,накладываемые возможностями используемогооборудования и технологическимитребованиямик точности и качеству обработки.Ограничения были наложены по глубине зонытермического влияния, по шероховатости получаемойповерхности (где CR,k1, k2 – эмпирическиекоэффициенты) и максимальной электрическоймощности генератора импульсов.

Рис. 7. Графикзависимости целевой функции отскважности импульсов иамплитуды силы тока импульса при = 22 кГц,материал электрода-инструмента ­– медь, заготовка(катод) – Сталь45

Рассчитаем целевуюфункцию для операции прошивания фигурногоотверстия объемом = 3см3 меднымэлектродом в стальной заготовке. Назначив,величины констант = 2,65руб./кВтч (тариф для предприятий Ха­ба­ро­вского края на 2008 г.,включая НДС), = 70 руб/ч(амортизация станка 4Л721Ф1, заработная платарабочего 5 разряда, стоимостьизрасходованной за 1 час рабочей жидкости), = 800 руб. (стоимостьмедного электрода) и наложив указанныеограничения, вычислим значения целевойфункции в пространстве аргументов, и.График целевой функции при = 22 кГц приведен на рис. 7.

Анализ целевой функции(рис. 8) показывает, что при обработкестальных заготовок медными электродами итребованиями к качеству обработаннойповерхности Rz 20 мкм (= 22 кГц) оптимальными с позицийсебестоимости получаемой детали будутрежимы обработки = 3…4 и = 16…20 А. При этомпроизводительность обработки MV = 155мм3/мин,удельный износ электрода-инструмента = 7%, т.е. егообъемный износ составил С1 = 0,21 см3.

Аналогичным образоммогут быть составлены целевые функции длялюбой пары электродных материалов.Необходимые для этого зависимости, и должны быть получены экспериментальнымпутем, причем трудоемкостьэкспериментальных исследований может бытьсущественно снижена (за счет сокращенияколичества необходимых экспериментов) припомощи нейронносетевой интерполяции.

Рис. 8. Проекция целевойфункции на оси скважности (а) и амплитудысилы тока (б) импульсов. Экстремум функции = 3,5; = 16 А

Разработаннаяметодика оптимизации режимов ЭЭО былатакже использована приобработке титанового сплава ОТ4, быстрорежущей стали Р18,алюминиевогосплава АК4.Полученные результаты свидетельствуют о возможностиреализации данного алгоритма в адаптивном управлении электроэрозионными станками сЧПУ.

Наряду соптимизацией былипроведеныисследования по выявлениюинформативных признаков, характеризующихпроизводительность процессаформообразования, а значит и эффективность ЭЭОв целом. Для этого проводилась электроэрозионнаяобработкаразличных материалов на режимах,характеризующихся разной степеньюпроизводительности. Впроцессе обработки регистрировались сигналыакустической эмиссии,зафиксированной датчиком, закрепленным наэлектроде-инструменте, атакже напряжения и тока между электродами.Каждый из этих сигналов подвергалсяобработке с помощью трех математических методов:статистический анализ, Фурье-анализ ифрактальныйанализ.

Исследования показали,что наиболее тесную корреляцию спроизводительностью ЭЭО обладает один изпараметров сигнала АЭ – фрактальнаяразмерность. Выявлено, что болеепроизводительные режимы ЭЭОхарактеризуются более низкой фрактальнойразмерностью сигнала АЭ. Это можнообъяснить тем, что при благоприятныхусловиях ЭЭО акты единичной эрозиипроисходят регулярно, в соответствии спорядком следования электрическихимпульсов, вырабатываемых генератором. Приэтом сигнал акустической эмиссии,регистрируемой датчиками, имеет видравномерной периодическойпоследовательности, не содержащей шумовойсоставляющей. Фрактальная размерностьтакого сигнала стремится к единице. Тогдакак при неблагоприятных условияхравномерность следования актов единичнойэрозии нарушается, что приводит к потерепроизводительности обработки,возникновению стохастическихсоставляющих в сигнале АЭ и увеличению егофрактальной размерности. То естьувеличение фрактальной размерности АЭсвидетельствует о потерепроизводительности и сниженииэффективности обработки. Графикизависимостей фрактальной размерности АЭот производительности при обработке стали45, титанового сплава ОТ4 и алюминиевогосплава АК4 показаны на рис. 9. Коэффициенты корреляции дляполученных зависимостей составили: для стали 45 r2 =0,8332, для титанового сплава r2 =0,7897, для алюминиевого славаr2 = 0,7966. Таким образом, можно сделатьвывод о том,что фрактальная размерность сигналов,регистрируемых впроцессе электроэрозионной обработки, является диагностическимпоказателем общей эффективности ЭЭО.

Рис. 9. Графики зависимостей фрактальнойразмерности АЭ от производительности приобработке стали 45, титанового сплава ОТ4 иалюминиевого сплава АК4.Электрод-инструмент – медь, частотаимпульсов = 22 кГц,производительность обработкирегулировалась изменением скважностиимпульсов в диапазоне 1,3…4.

Кроме того, были проведеныисследования по выбору оптимальныхрежимов дляконкретных производственныхусловий электроэрозионнойобработки детали из стали 30ХГСА.В основу методикипроведения экспериментов взято оптимальное (с точкизрения производительности) соотношениемежду площадью электрода и током при различнойчастоте рабочих импульсов. Эта зависимостьзначительно сокращает общее число необходимыхдля решения поставленных задачэкспериментов. Однако для определенияискомых сочетаний параметров,обеспечивающих максимально производительный режим,необходимо знать для данных рабочихплощадей итоков оптимальное значение длительностиили скважности импульса при различных частотахследования импульсов. Такимобразом, для каждого режима,необходимонайти оптимальное значение скважности.Результаты экспериментальной оптимизациизначений скважностипоказали, что максимумыпроизводительности для каждой из частотследования импульсов группируются, какправило, в пределах одного значенияскважности (независимо от амплитудысилы тока) за исключением частоты 22 и 200 кГц,на которых, в зависимости от значений тока,наблюдаются по два оптимальных значенияскважности. Оптимальные значенияскважности для частот 1 - 88; 200 - 440 кГц составили соответственно:1,15 - 1,2 (приамплитуде импульса тока более 25А) и 1,3 (при амплитудеимпульса тока менее 25 А); 1,2- 1,7 (при амплитуде импульсатока более 10А) и 2,1 –2,8 (при амплитуде импульсатока более 10А).

Результаты проведенныхэкспериментов были сведены в таблицу. Длякаждой записи выходного параметрасоответствует среднеарифметическоезначение из пяти параллельных опытов.Для удобствадальнейшего использования оптимизированных попроизводительности зависимостей междувходными и выходными параметрами процессаЭЭО, осуществили их аппроксимацию методомнаименьших квадратов в виде кубического полинома.Эти зависимости вошли в основуразработанной программы(св - воофиц. регистр. прогр. № 2006613826).

Шероховатость, Ra, мкм Площадьобработки, S, мм2

Рис.10. Зависимость шероховатостиобработанной поверхности от амплитудытока приразличной частоте импульсов (а) иоптимальное соотношение между рабочейплощадью электрода и током при различнойчастоте импульсов (б)

Исходными данными дляработы программы являются шероховатостьобработанной поверхности, площадьпоперечного сечения обрабатываемойполости, атакже глубина обрабатываемой полости. Наосновании исходных данных определяютсяпараметрытехнологического режима, атакже оптимальное числоэлектродов участвующих в обработке даннойполости.Вышеизложенное послужилооснованиемдля разработки методики определенияоптимальных режимов ЭЭО. Величинатока I,используемого на чистовой операции,определяется исходя из требуемой шероховатостиобработанной поверхности (рис.10,а).По принятому значению I с использованиемсоотношения,представленного нарис.10,б определяется величина рабочейплощади чистового электрода Fч,т.е. припуск под чистовую операцию. Приполучении для данного тока нескольких значенийплощадей необходимо использоватьнаименьшее из них для того, чтобы большийостаток припуска снимался на болеепроизводительном режиме.

По зависимости,представленной на рис.11,а,используя Fk, определяемзначение тока I. При получениинескольких значений I необходимо выбратьзначение тока с такой частотой рабочих импульсов,которая обеспечивает получение значенияглубины дефектного слоя Hdk,при котором разность (Hdmax_k– Hdk)неотрицательна и минимальна. Этосвязано с тем, что, как известно, соснижением частоты рабочих импульсов (при прочихравных условиях) производительностьпроцесса ЭЭО возрастает.Для определения размеровэлектродов для конкретныхпроизводственных условий (РЖ, материалаинструмента, заготовки и т.д.) необходимоиметь зависимость межэлектродногопромежутка(МЭП) от величины тока: I =f(MЭП, f)(рис.11,б).

Амплитуда тока I,ААмплитуда тока I, А

Рис.11. Зависимостьглубины дефектного слоя от амплитуды токапри различной частотеимпульсов (а) и зависимость величины МЭП от амплитуды тока (б).

Для получения полнойколичественной характеристикигенерируемого импульса остается задать егодлительность (tи) или скважность(q). Приэлектроэрозионной обработке скважность дляобъемного формообразования лежит в пределах от 1,05 до 5. Причем выбор значения скважностизависит от задач, поставленных передтехнологом.Критерием выбора скважности (длительностиимпульса) может быть как минимальный износэлектрода-инструмента, так и максимальнаяпроизводительность. Вслучае формообразования глухих полостейследует использовать значенияскважностей,найденных из условия минимального износамедного электрода-инструмента:I/tи = 0,04 0,08 А/мкс. Этосоотношение было найдено в результатеанализа большого количества экспериментальных данных приобработке различных марок стали, данноесоотношение справедливо также дляамплитуды гребней и длительности гребенчатыхимпульсов.

Выбор режима обработкина копировально-прошивочных операцияхможно условно представить в виде шестипоследовательных этапов. На первом этапеопределяюттип оборудования, т.е. модель станка игенератора, материал и методизготовления электрода-инструмента, вид истепень фильтрации рабочей жидкости,полярность включения электродов. На второмэтапе задают форму разрядных импульсов исходя изматериала детали, допустимого износаинструмента, формы обрабатываемой полости и требуемойшероховатости обработки.На третьем этапеустанавливают параметры импульсов.На четвертом этапенастраивают регулятор подачи, добиваясьполучениямаксимальных значений коэффициентаиспользования импульсов и частотыследования разрядов. На пятом этапе задают параметрыпрокачки рабочей жидкости, релаксации ивибрации электродов. Расход или давлениерабочей жидкости устанавливают в зависимости отвеличины рабочего тока и допустимогоизноса инструмента. Нашестом этапе проверяют межэлектродныезазоры и необходимую коррекцию размеровинструмента,оценивают время обработки.

Была разработанастатистическая экспертная система по оптимизации режимов ЭЭО, состоящая из решателя(интерпретатора), рабочей памяти (база данных), базызнаний, компонента приобретения знаний,объяснительного компонента, диалоговогокомпонента. Одним из наиболее частоиспользуемых параметров для оптимизацииЭЭОиспользуется сила тока I, отзначения которого зависит шероховатостьполучаемойповерхности. Но часто встречается ивариант когда необходимо получитьзаданнуючертежом точность на поверхностиопределенной площади. Поэтому наоснованиипроведенных исследований и используястатистическую обработку экспериментальныхданных, былиполучены зависимости I (Ra,S) для наиболее частоиспользуемых частот fи, для пармедь-сталь и графит-сталь. Общий видзависимости:

где:a, b, с – коэффициентыуравнения; Ra – шероховатостьполучаемой поверхности; S – площадьобрабатываемой поверхности. На рис.12 представлен рядполученныхграфических представлений эмпирическихмоделей функции рабочего тока от требуемойшероховатости и площади обработки.

а) f=1 кГц, медь-сталь,прямоугольные импульсы б) f=44 кГц,медь-сталь, прямоугольные импульсы

в) f=22 кГц, графит-сталь,гребенчатые импульсы г) f=88 кГц,графит-сталь, гребенчатые импульсы

Рис.12. Графическоепредставление эмпирической зависимостиI(Ra,S)

Все математическиемодели имеют доверительный уровень p=95%, коэффициент корреляции длявсех моделей достигает 0,9, что говорит обольшом совпадении экспериментальных и расчетныхданных. Также для каждой модели рассчитанастандартнаяошибка результата, в пределах которойможет лежать расчетный результат. Данныематематические модели позволяютустановить взаимосвязь режимов ЭЭО вчастности силы тока I от получаемой шероховатостиповерхности Ra и площади обрабатываемой поверхности S.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»