Выбор оптимальных режимов резания с учетом качества обработанной поверхности детали на фрезерном станке Roland MDX20

Полный текст

Введение Задание оптимальных режимов резания имеет принципиальное значение при механической обработке деталей различной сложности и напрямую влияет на качество получаемой поверхности. Вопрос оптимизации режимов высокоскоростного фрезерования деталей по критерию максимальной производительности рассмотрен в работе [1], где в качестве обрабатываемого материала изучен титановый сплав. Результат работы подразумевал установление сочетания режимов резания (параметров оптимизации: частоты вращения шпинделя станка n, подачи на зуб , глубины резания t), которое позволит обеспечить максимальную производительность процесса и качество обрабатываемых поверхностей. При этом при поиске оптимального режима обработки изучалась взаимосвязь величины расходов с условиями протекания процесса резания. В ходе работы выявлено, что критерий оптимизации F зависит от трех переменных, указанных выше: ∙ ∙ ⟹ max. (1) А желаемое достижение максимального значения F выполнимо путем модификации значений параметров оптимизации в определенных допустимых пределах. Аналогичная работа была проведена в [2], где определение оптимальных режимов резания для высокоскоростного фрезерования титанового сплава ВТ22 фрезерами с встроенным демпфером выполнено на базе модального и динамометрического анализов [3]: первый из которых основан на измерении собственных частот технологической системы и определении областей стабильного безвибрационного резания (в диапазоне частот вращения шпинделя станка); второй - на измерении проекций сил резания при обработке с целью определения оптимальных конструктивных и геометрических параметров режущего инструмента (РИ), режимов резания и стратегий обработки по такому основному критерию, как минимальных расход энергии на удаление единицы объема материала. Выводы [1] обоснованно подтверждаются в [4], где анализируется влияние условий обработки на основные характеристики качества поверхностного слоя деталей. В данном труде на базе положения постоянства температуры резания разработан метод установления оптимальных режимов резания - метод ускоренного определения [4], анализируя особенности которого можно констатировать, что в качестве базовых рассмотрены используемые в [1] параметры [4]. А в [5] проведена оптимизация режимов резания для обработки карманов обечайки космического корабля с вафельной конструкцией произвольной геометрии с учетом исключения деформации дна при чистовой обработке. Специфика подхода немного отлична от предыдущих: параметры режима резания (подача на зуб !" и угол врезания τ) определяются уравнением, при этом выведены допустимые диапазоны, в которых должны находится рассматриваемые параметры. Типовая схема назначения и расчета режимов резания при фрезеровании, как один из этапов оптимизации режимов резания, рассмотрена подробно в [6]. В [7] для определения оптимальных режимов обработки используется численное моделирование процесса цилиндрического фрезерования концевой фрезой. Основным оцениваемым параметром выступают максимально допустимые значения пластических деформаций детали и РИ. Изучены модели статики обработки в 3D-постановке задачи на основе конечно-элементар- ного анализа в программном комплексе Ansys. Вывод оптимальных режимов резания произведен по результату выявления их взаимосвязи с точностью обрабатываемой детали, деформацией детали и РИ. Автор [8] относит оптимизацию к главенствующему методу управления обработки резанием, при этом особое внимание, по его мнению, необходимо уделить анализу обрабатываемого материала ввиду различия в природе физико-химических явлений и их интенсивности и работоспособности инструмента, а именно его ресурсy и стабильности работы во времени. Отсюда и необходимость поиска компромиссного решения (оптимального режима резания), позволяющего обеспечить стабильность протекания процесса обработки. Таким образом, актуальность поднятой в нашей научной работе темы не вызывает сомнения. Современные CAM-системы позволяют организовать внедрение более совершенных технологических процессов посредством подбора наиболее эффективных стратегий обработки и выбора режимов резания в зависимости от вида обработки, РИ и обрабатываемого материала. Один из таких продуктов, который позволяет организовать оптимальную механическую обработку, - программа Modela Player 4 (МР4). MР4 относится к продвинутым CAM-сис- темам с широким профессиональным функционалом, позволяющим создавать изделия высокого качества: автоматически строит и отображает траекторию РИ, позволяет задать направление фрезерования, области обработки, выполняет 4-осевую обработку [9]. К функциональным возможностям MР4, оказывающим влияние на скорость обработки и качество обрабатываемой поверхности деталей, относятся: - вид обработки: выравнивание, черновая или чистовая обработки, сверление; - режущий инструмент: параметры резания заданы в программе и прикреплены к одному из 20 предложенных видов РИ, допустимо создание нового инструмента; - материал: параметры резания задаются автоматически при выборе материала, список материалов ограничен и представлен наиболее часто используемыми при фрезеровании, допустимо внесение изменений в библиотеку материалов; - стратегия обработки изделия - направления движения РИ во время обработки: по координатам X, Y, X+Y; по контурным линиям, начиная с верхней или нижней поверхностей (допустим выбор команд «оптимизация подачи» или «обработка только по контуру»); по спирали, начиная с верхней или нижней поверхности), - параметры резания (автоматически или корректируются вручную): скорость движения шпинделя, мм/с; по осям X, Y и Z, скорость вращения шпинделя, об./мин; глубина врезания, мм; шаг РИ, мм, припуск под чистовую обработку, мм; остановка на дне отверстия, с. Цель исследования - оценка особенностей типов стратегий обработки в САМ-системе Modela Player 4 с подбором определенного типа для конкретной модели, который позволит оптимизировать фрезерование на трехкоординатном станке Roland MDX-20, установление оптимальных режимов резания по максимальной производительности при визуальной оценке качества получаемых поверхностей деталей из пенопласта, твердого и мягкого модельных пластиков, древесины твердой породы, выявление зависимости между временем обработки, мощностью и затраченной работой с математической обработкой экспериментальных данных. 1. Материалы и методы Первый этап исследования - определение времени обработки при разных стратегиях и одинаковых параметрах резания - реализован в виде тестов в программе MР4. Приведенные режимы и стратегии обработки в MР4 не всегда оптимальны для конкретного вида детали, а выбор материла заготовки оказывает влияние на скорость и качество обработки. Исходные данные этапа - параметры резания, которые постоянны на протяжении всего эксперимента. В качестве РИ применялись для черновой обработки цилиндрическая фреза Hanita 400305002 (твердосплавная без покрытия с плоским торцем для обработки пазов и уступов; диаметр хвостовика - 6 мм; диаметр режущей части (диаметр пятна) - 5 мм; длина - 50 мм; длина режущей кромки - 14 мм; количество зубьев - 3; угол наклона спирали - 37 º) (рис. 1, а), для чистовой - сферическая фреза Hanita 400103002 (твердосплавная без покрытия со сферическим торцем для трехмерного фрезерования; диаметр хвостовика - 3 мм; диаметр режущей части - 3 мм; длина - 38 мм; длина режущей кромки - 9,5 мм; число зубьев - 2; угол наклона спирали - 30 º) (рис. 1, б) [10; 11]. Применимость указанных фрез в нашем исследовании допустима: обе рассматриваемые фрезы общего назначения; фрезы без покрытия с углом наклона спирали порядка 40 град. предназначены для обработки алюминиевых сплавов, что позволяет произвести обработку данными РИ рассматриваемых нами материалов. На данном этапе исследования для простоты эксперимента осуществлены обработки моделей из пенопласта. Параметр оценки допустимости обработки - плотность материала: алюминий (для сравнения) - 2698,9 кг/м3; обрабатываемые материалы: пенопласт - 40-70 кг/м3, модельные пластики - 500-620 кг/м3 (мягкий) и 620-720 кг/м3 (твердый), древесина твердой породы - 550-740 кг/м3. а б Рис. 1. Режущий инструмент: а - фреза Hanita 400305002; б - фреза Hanita 400103002 И с т о ч н и к : фото Д.Г. Алленова, К.Б. Дейновой Figure 1. Cutting tool: a - milling cutter Hanita 400305002; б - milling cutter Hanita 400103002 S o u r c e : photo by D.G. Allenov, K.B. Deinova Модель (рис. 2) подготовлена в Компас-3D, состоит из усеченной пирамиды и полусферы, что позволяет оценить специфику фрезерования для рассматриваемых материалов в разных направлениях (например, для дерева вдоль и поперек волокон) и визуально проанализировать обработку поверхностей разной конфигурации (поверхности обработки: сфера, горизонтальная и 4 наклонные плоскости) и, как следствие, оптимальным образом подобрать стратегию обработки, выработав направления по улучшению качества обработки. Предложенная форма модели позволяет осуществить дополнительный анализ: в некоторых точках обработка производилась цилиндрической частью фрезы, что изменяло направление вектора результирующей силы (выявлено ухудшение качества получаемых поверхностей, поскольку вектор силы начинал действовать перпендикулярно оси вращения инструмента). Рис. 2. Обрабатываемая модель И с т о ч н и к : фото Д.Г. Алленова, К.Б. Дейновой Figure 2. Processed model S o u r c e : made by D.G. Allenov, K.B. Deinova Второй этап исследования - экспериментальная часть - включал в себя определение максимально допустимых и оптимальных режимов резания моделей из пенопласта, твердого и мягкого модельных пластиков, древесины твердой породы при черновом фрезеровании горизонтальной поверхности 20×20 мм. Скорость вращения шпинделя станка не изменялась на протяжении всего эксперимента и была принята равной 6500 об/мин. Применяемый инструмент - цилиндрическая фреза Hanita 400305002 (6 мм). Скорость резания ! = 125 м/мин (рассчитана по типовой формуле; допустимая для данной фрезы - 400 м/мин: получено усредненное зна- чение, что позволяет компенсировать отсутствие жесткости системы). Используемое оборудование - фрезерный станок Roland MDX-20 (рис. 3, а) - гибрид трехкоординатной фрезерной машины и 3D-сканера [12-15]. Технические параметры: мощность - 10 Вт; скорость вращения - 6500 об./мин; подача - 0,1-15 мм/с; габариты - 476,8×381, 6×305 мм; масса - 13,7 кг; рабочая зона - 203,2×152, 4×60,5 мм; XY размеры стола - 220×160 мм; вес заготовки - 1 кг; интерфейс - Serial (RS-232C); разрешения 0,025 мм/шаг (программное), 0,00625 мм/шаг (механическое); РИ - фрезы, сверла, боры; держатель РИ - 6 мм; метод сканирования - контактный со скоростью 4-15 мм/сек; разрешение сканирования (Dr. PICZA) - 0,05-5 мм с дискретностью 0,05 мм (X/Y оси) и а б в Рис. 3. Фрезерный станок Roland MDX-20: а - общий вид; б, в - рабочая зона обработки И с т о ч н и к : фото Д.Г. Алленова, К.Б. Дейновой Figure 3. Roland MDX-20 milling machine: a - general view; б, в- working area of processing S o u r c e : photo by D.G. Allenov, K.B. Deinova 0,025 мм (Z-ось); сенсор - активный пьезосенсор Roland Active Piezo Scanner (RAPS) длиной 60 мм, диаметр кончика 0,08 мм; метод передачи данных - асинхронный, дуплексная передача со скоростью 9600 бит/сек. При установленной пьезосканирующей головке RAPS есть возможность оцифровывать 3D-объекты с точностью до 0,05 мм, создавая их точные компьютерные модели: сканирование широкого диапазона объектов, в частности мягких (пластилин, фрукты) и представляющих трудность для оптических сканеров (стеклянные объекты). После смены головки на фрезерную MDX-20 становится полноценной трехкоординатной фрезерной машиной со способностью обработки дерева, пластика, смолы (модельный, ювелирный воск, пенопласт, оргстекло), химического дерева, мягкого металла (алюминий, латунь), и управляемой с ПК. MDX-20 комплектуется программой 3D Engrave для трехмерной гравировки. ПО для MDX-20: Dr. PICZA, MODELA Player и Dr. 3D Engrave. Программа Virtual MODELA визуализирует процесс обработки с учетом выбранного инструмента, показывая чистоту и время обработки. Назначение MDX-20: моделирование, полиграфия, ювелирное дело (работа с золотом, серебром, платиной; изготовление мастер-моделей из восков, ювелирных пластиков и цветных металлов; обработка янтаря, бивня мамонта), изготовление прототипов и литейных форм, дизайн упаковки, гравировка по различным материалам. На рис. 3, б, представлена рабочая зона обработки. Состав экспериментальной установки: Roland MDX-20, РИ, совместимое со станком ПО Modela Player 4, предназначение которого заключалось в описании стратегии обработки, задании режимов резания и предварительном подборе оптимального типа стратегии. 2. Результаты и обсуждения Принцип черновой обработки - послойно выбрать максимум припуска для исключения его дальнейшего влияния на отжим фрезы, что на выходе позволяет при чистовой обработке компенсировать жесткостью РИ оставшийся припуск, не ухудшив качество конечной поверхности деталей. Принятые допущения: технологическая система СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь) не обеспечена должной жесткостью (вылет цилиндрической фрезы Hanita 400305002 - 40 мм - примерно 7 диаметров); модель крепилась на столе двухсторонним скотчем, что не позволяет обеспечить должное закрепление при обработке; отсутствовала получистовая обработка, основное предназначение которой - обеспечить равномерное распределение припуска перед обработкой начисто. Оценка механообработки производится современным методом: за счет объема снимаемого материала за единицу времени (производительность). При фрезеровании на протяжении всего эксперимента отсутствовало сопровождение обработки подачей СОЖ или воздуха, что компенсируется невысокой скоростью резания. Оцениваемые в данной статье параметры представлены для черновой обработки, для визуальной оценки приемлемости осуществления обработок по заданным входным параметрам (проверки процессов и окончательного качества: достижения заданного размера и обеспечения наименьшей шероховатости поверхности) модели из пенопласта и мягкого модельного пластика дорабатывались сферической фрезой Hanita 400305002 начисто. Скорость резания при чистовой обработке - 62 м/мин. Тесты в пространстве МР4 (первый этап исследования) проведены для черновой и чистовой обработок: визуализация тестирований для первой из них представлена на рис. 4, для второй - на рис. 5. Полученные результаты тестирования представлены в табл. 1. Таблица 1 / Тable 1 Результаты тестирования в Modela Player 4 Время обработки, с / № теста / Название стратегии обработки / Test results in Modela Player 4 Time of processing, sec Test No Черновая / Чистовая / Roughing Finishing Сканирующие линии по осям X, Y / 1 140 287 Scanning lines along the X, Y axes 2 Сканирующие линии по X+Y / 300 575 Scanning lines along the X+Y axes Обработка только в одном направлении по осям X или Y / 3 266 590 Machining in only one direction along the X or Y axes 4-5 По контурным линиям (Up cut и Down cut) / 126 724 Along the contour lines (Up cut and Down cut) 6 По контурным линиям (Up + Optimized pitch) / - 868 Along the contour lines (Up + Optimized pitch) По контурным линиям (Up + Optimized pitch + Outline only) / 7 - 680 Along the contour lines (Up + Optimized pitch + Outline only) 8-9 По спирали (Up cut и Down cut) / - 229 In a spiral (Up cut and Down cut) Незаполненные ячейки - стратегии применимы только для чистовой обработки (не задаются в МР4) / Empty cells - strategies are applicable only for finishing (not specified in MP4). а б в г Рис. 4. Черновая обработка (по номерам тестов): а - 1; б - 2; в - 3; г - 4-5 И с т о ч н и к: выполнено Д.Г. Алленовым, К.Б. Дейновой Figure 4. Roughing (according to test numbers): а - 1; б - 2; в - 3; г - 4-5 S o u r c e: made by D.G. Allenov, K.B. Deinova а б в г д е ж Рис. 5. Чистовая обработка (по номерам тестов): а - 1; б -2; в - 3; г - 4-5; д - 6; е - 7; ж - 8-9 И с т о ч н и к: выполнено Д.Г. Алленовым, К.Б. Дейновой Figure 5. Finishing (according to test numbers): а - 1; б -2; в - 3; г - 4-5; д - 6; е - 7; ж - 8-9 S o u r c e: made by D.G. Allenov, K.B. Deinova По результату первого этапа исследования можно сделать ряд выводов: 1) время обработки при стратегии сканирующих линий по осям X + Y увеличилось в 2 раза по сравнению с временем, что по осям X, Y, при этом качество обработки значительно возросло; 2) при изменении стратегии на выполняемую только в одном направлении качество обработки осталось прежним, затрачиваемое время изменилось незначительно, стратегия подходит для материала, обрабатываемого вдоль волокон (дерево); 3) при анализе стратегии «По контурным линиям (Up cut и Down cut)» отличия в качестве обработок не выявлены, особенность в начальной плоскости обработки - верхняя или нижняя. 4) для стратегии «По контурным линиям (Up + Optimized pitch)» относительно прошлых тестов количество линий обработки вертикальных поверхностей увеличилось; 5) «по контурным линиям (Up + Optimized pitch + Outline only)»: после добавления в стратегию функции Outline only обработка горизонтальной поверхности не проводилась. Таким образом, за базовую принята стратегия «Сканирующие линии по оси X». На втором этапе, оперируя полученными в МР4 данными, режимные параметры условно разделили на предустановленные, рекомендуемые и максимальные. Работа в МР4: загрузка модели, выбор материала, типа процесса (вида обработки), задание РИ, координат его захода (первая точка обработки), стратегии и параметров обработки. Точка привязки задавалась методом касания РИ, а при задании исходных параметров нулевая точка предлагалась автоматически, привязываясь к положению модели (выбранной контактным методом точке на поверхности: позиционирование модели на столе - входной параметр). Предустановленные режимы резания выводились автоматически при задании указанных выше входных данных, рекомендуемые - оптимальные - установлены экспериментально при достижении наилучших условий и времени обработки: изначально задавался интервал входных параметров близкий к среднему значению (от предустановленных и максимальных). Для выявления оптимальных режимных параметров устанавливалась максимальная скорость движения шпинделя (15 мм/с - по паспорту станка). Глубина резания и шаг РИ выявлялись экспериментальным путем (фиксировались при явном нарушении критериев - плавность работы, шум, перегрев). Режимы резания принимались максимальными (по мощности станка), для оценки приемлемости работы осуществлен аналитический [18] расчет потребляемой мощности: )= *·,·-34·54мин6·12, (2) где & - глубина резания, мм; 7 - ширина фрезерования, мм; !мин - скорость подачи, мм/мин; 89 - удельная сила резания, Н/мм2 (для алюминиевых сплавов от 350 до 1250 Н/мм2) [19]. Удельная сила резания - касательная сила, необходимая для срезания слоя сечением 1 мм2 (постоянная величина для каждого обрабатываемого материала). Одними из главных критериев оценки максимальной нагрузки служили параметры, при которых шпиндель станка переставал вращаться или РИ начинал разрушать обрабатываемую поверхность, оптимальной - плавность работы станка (минимум производственного шума на рабочем месте), отсутствие перегрева мотора привода шпинделя при длительной нагрузке. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 2. Оптимизация режимных параметров направлена на уменьшение (за счет задания соответствующих режимных параметров) времени обработки, которое возможно организовать путем повышения потребляемой мощности: увеличения ширины, глубины фрезерования и подачи (до 15 мм/с). Выбор обрабатываемого материала диктует проработку особенностей оптимизации для рассматриваемых малоизученных и «неклассических» материалов, например, для модельного пластика при отсутствии запаса мощности характерно дробление. Отмечаем, что по причине отсутствия программы Virtual MODELA и особенностей структур исследуемых материалов, оценка качества производилась только визуально. Таблица 2 Определение максимально допустимых и оптимальных режимов резания Примечание. ! - скорость подачи, мм/с; !" - подача на зуб, мм/зуб; & - глубина врезания (резания), мм; 7 - шаг режущего инструмента (ширина фрезерования), мм; Eо - время обработки, с; ) - потребляемая мощность, Вт; Q - производительность, см3/с; А - работа, Дж. Table 2 Determination of the maximum allowable and optimal cutting conditions Note. ! - feed rate, mm/sec; !" - feed per tooth, mm/tooth; & - plunging depth (cutting), mm; 7 - cutting tool pitch (milling width), mm; Eо - time of processing, sec; ) - power consumption, Wt; Q - performance, sm3/sec; А - working, J. Согласно[5] [20], зависимость между производительностью (скоростью съема материала) Q и затраченной механической мощностью N: F мин ; (3) Задача данного исследования - связать время обработки с мощностью через затраченную работу. Производительность - объем снимаемого материала [24] (произведение глубины, ширины и подачи) за единицу времени (рис. 6 - интегральная функция (закон) распределения): )=F∙89 ⟹ G)=F(89)∙G(89) ⟹ ⟹ F HI . (4) Производительность - первая производная мощности по удельной силе резания: ). (5) Значение производительности можно найти графически, как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от удельной силы реза- ния. Поскольку 89 всегда постоянна (значение по оси абсцисс - const), построение графика нецелесообразно: в нашем случае дифференциал аргумента (максимально маленькое приращение по оси абсцисс) G(89) - постоянная величина (принимается в зависимости от материала), то есть всегда проецируется в одну точку на оси абсцисс, а площадь фигуры под графиком зависит от изменения величины по оси ординат, то есть затрачиваемой на обработку мощности N, и постоянного коэффициента G(89), кроме того, полученные графики и формулы применимы только для рассматриваемого материала и имеющихся исходных данных - разброс данных минимален. Таким образом, нахождение значения производительности Q графически ошибочно, с точки зрения математического описания экспериментальных данных. Работа характеризует скорость съема материала за единицу времени N=F∙&. (6) Если рассмотреть совершаемую работу за единицу времени, то дифференциал функции: GN=F(&)∙G& ⟹ NJ(&)=F(&). (7) Рис. 6. Графики зависимостей между мощностью N и удельной силой резания 89 И с т о ч н и к: выполнено Д.Г. Алленовым, К.Б. Дейновой Figure 6. Graphs of dependencies between power N and specific cutting force 89 S o u r c e: made by D.G. Allenov, K.B. Deinova Рис. 7. Графики зависимостей между производительностью Q и временем обработки Т И с т о ч н и к: выполнено Д.Г. Алленовым, К.Б. Дейновой Figure 7. Graphs of dependencies between productivity Q and processing time T S o u r c e: made by D.G. Allenov, K.B. Deinova Таким образом, производительность - первая производная работы по времени, тогда работу можно найти через определенный интеграл, и она будет представлена как сумма бесконечного числа бесконечных слагаемых (площадь фигуры под графиком, см. рис. 7): =∫%%’& "(#)$#. (8) Результат расчета значений производительности и работы представлен в табл. 2. По полученным данным построены зависимости (см. рис. 7 - дифференциальная функция (закон) плотности распределения). Математическое описание зависимостей осуществлено в Microsoft Excel: по максимальному коэффициенту детерминации R2 выведены уравнения нелинейной регрессии. Отмечаем, что данные выражения применимы исключительно для рассмотренных случаев: конкретного инструмента, входных данных эксперимента, диапазона N до 10 Вт, значений удельных сил резания () (в зависимости от материала: 50, 250, 300 Н/мм3). Таким образом, способы нахождения параметров: - мощность N - по формуле (линейная линия тренда с R2 = 0,9058); * = +,+,++-.с ; (9) +1,2+3 - производительность Q - по формуле (степенная линия тренда с R2 = 0,9750); "(4)=196,27∙4-6,789; (10) - работа А - графически - как площадь фигуры под графиком зависимости производительности Q от времени обработки Т (см. рис. 7). Достижение оптимальный режимов резания обеспечивается выявлением времени обработки, при которых появляется возможность приблизится к максимальной мощности, выдаваемой станком (достижением максимума скорости движения шпинделя, выявленной экспериментально) в пределах допустимой в условиях эксперимента плавности работы системы СПИД (с учетом допущений, указанных выше). Оптимизация режимных параметров (формула (1)) при обработке пенопласта (рис. 8, а) позволила сократить время обработки приблизительно в 1,8 раза. Отмечаем, что при максимальных параметрах РИ не успевал обрабатывать поверхности, вырывание зерен пенопласта происходило при увеличении глубины снимаемого а б в Рис. 8. Результат обработки: а - пенопласт; б - мягкий модельный пластик; в - древесина твердой породы И с т о ч н и к: фото Д.Г. Алленова, К.Б. Дейновой Figure 8. The result of processing: а - styrofoam; б - soft modeling plastic; в - hardwood S o u r c e: photo by D.G. Allenov, K.B. Deinova слоя до 4 мм, однако в рамках исследования данные параметры - самые эффективные. Обработка мягкого модельного пластика (рис. 8, б) на максимальных режимах резания характеризо- валась затруднением работы станка и интенсивным нагревом мотора привода шпинделя [9]. Для твердого модельного пластика при рекомендуемом режиме резания скорость обработки увеличилась в 2 раза при неизменном получаемом качестве, при максимальном - остановка шпинделя [16]. Обработка древесины твердой породы (рис. 8, в) производилась вдоль волокон (в отличие от однородных по структуре модельных пластиков, где направление фрезерования не имело значения). При достижении максимального режима резания зафиксирована неравномерность обработки поверхности, РИ начинал не срезать, а вырывать волокна [17]. Наиболее характерные результаты (рис. 9), подтверждающие правильность подбора режимов, отвечающих требованиям оптимизации, получены на моделях из дерева (причина: волокнистость). Рис. 9. Наиболее показательный результат обработки (древесина твердой породы) И с т о ч н и к: фото Д.Г. Алленова, К.Б. Дейновой Figure 9. The most significant processing result (hardwood) S o u r c e: photo by D.G. Allenov, K.B. Deinova Заключение По результату исследования представленных в пространстве Modela Player 4 типов стратегий можно утверждать: для обработки древесины лучше всего подходят стратегии «Сканирующие линии по осям X, Y» или «Обработка только в одном направлении по осям X или Y», поскольку при расположении заготовки волок- нами вдоль выбранной оси обработка происходит равномерно без вырывания; для модельного пластика и пенопласта при черновой обработке рекомендуется использовать стратегии «По контурным линиям (Up cut и Down Cut)» (минимальное время обработки и качественная подготовка к чистовой обработке). Эмпирически установленные рекомендуемые режимы резания сокращают время обработки деталей в среднем на 40-50 %, не ухудшая качество обрабатываемой поверхности, при этом вывод по качеству обработки производился визуальной оценкой чистоты получаемых поверхностей (однородность получаемой поверхности, соответствие изначально заданной форме модели, отсутствие видимых дефектов и вырывания волокон (для дерева), необходимость доводки поверхностей). Следует отметить, что при превышении максимальных значений происходит остановка шпинделя из-за нехватки мощности. Номинальные значения, определенные программой, являются самыми щадящими для станка и гарантирующими работоспособность в течение гарантийного срока службы. Оперируя трудами представленного обзора, оптимизация выполнена по таким параметрам, как максимальная производительность процесса (время обработки, отсутствие вибраций, остановки оборудования) и достижение желаемого качества обрабатываемых поверхностей. При этом в качестве параметров оптимизации приняты частота вращения шпинделя станка n, подача на зуб :;, глубина резания t. Основные критерии оптимизации: качество обработки при визуальной оценке и сокращение времени обработки с максимальным соблюдением корректности работы - позволяют констатировать выработку направления к явной тенденции по возможному повышению производительности для обработки рассматриваемых нами материалов.

Об авторах

Дмитрий Геннадьевич Алленов

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: allenov-dg@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-3663-1790
SPIN-код: 4589-8524

кандидат технических наук, доцент базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Надежда Александровна Яковлева

Российский университет дружбы народов

Email: yana_485@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-0731-7990

магистрант базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Кристина Борисовна Дейнова

Российский университет дружбы народов

Email: deinova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-1864-9564
SPIN-код: 2640-1910

магистрант базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Данила Валерьевич Данилов

Российский университет дружбы народов

Email: 1032172557@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0000-2551-9034

выпускник базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Матвей Васильевич Азанов

Российский университет дружбы народов

Email: azanov-mv@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3053-9210
SPIN-код: 6483-4716

ассистент базовой кафедры энергетического машиностроения, инженерная академия

Москва, Россия

Список литературы