RU2807258C1 - Method for determining optimal cutting conditions for cnc machines - Google Patents

Method for determining optimal cutting conditions for cnc machines Download PDF

Info

Publication number
RU2807258C1
RU2807258C1 RU2021135456A RU2021135456A RU2807258C1 RU 2807258 C1 RU2807258 C1 RU 2807258C1 RU 2021135456 A RU2021135456 A RU 2021135456A RU 2021135456 A RU2021135456 A RU 2021135456A RU 2807258 C1 RU2807258 C1 RU 2807258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
cutting tool
machine
tool
feed
Prior art date
Application number
RU2021135456A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Фролов
Александр Викторович Рогачев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2807258C1 publication Critical patent/RU2807258C1/en

Links

Abstract

FIELD: metalworking.
SUBSTANCE: invention can be used for automatically assigning cutting modes for CNC machines, calculated by optimization based on previously obtained data on the value of the cutting EMF during a test pass. The method includes measuring the thermoelectromotive force by pre-processing the part under vibration-free cutting conditions in the speed range above the build-up zone in the tool-part pair, and determining the optimal values of the spindle speed and cutting tool feed is carried out using the simplex method, taking into account the limitations of the machine and the cutting capabilities of the tool, determined based on the values of thermoelectromotive force, while the numerical values of the spindle rotation speed and cutting tool feed are determined using the corresponding mathematical formulas.
EFFECT: use of the invention makes it possible to increase the accuracy of processing and reduce the time of technological preparation of the processing process.
1 cl, 6 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматического назначения режимов резания, вычисленных путем оптимизации на основе предварительно полученных данных о величине ЭДС резания посредством пробного прохода. The invention relates to mechanical engineering and is intended for the automatic assignment of cutting modes calculated by optimization based on previously obtained data on the value of the cutting EMF through a test pass.

Известна система адаптивного управления процессом резания, включающая систему числового программного управления (ЧПУ), соединенную с исполнительными механизмами, измеритель оптимальности режимов, датчики температуры и скорости резания. Эта система позволяет регулировать скорость вращения шпинделя, основываясь на температуре в зоне резания, измеренной методом на основе термоЭДС. (Авторское свидетельство SU 1009717, МПК B23Q 15/12, опубл. 07.04.1981)A known system for adaptive control of the cutting process, including a numerical control (CNC) system connected to actuators, a mode optimality meter, temperature and cutting speed sensors. This system allows you to adjust the spindle speed based on the temperature in the cutting zone measured by the thermoEMF method. (Copyright certificate SU 1009717, IPC B23Q 15/12, published 04/07/1981)

Недостаток данной системы состоит в том, что изменение скорости вращения шпинделя происходит на основе полученных данных о температуре в зоне резания, непосредственно в процессе обработки. Снижение скорости резание, непосредственно во время процесса обработки может привести к ухудшению качества обработанной поверхности и отрицательно повлиять на режущие свойства инструмента. Данный метод регулирования скорости вращения шпинделя также предполагает вмешательство в узлы станка, что не применимо в промышленных условиях, так как лишает потребителя гарантии на станок.The disadvantage of this system is that the spindle rotation speed changes based on the obtained data on the temperature in the cutting zone, directly during the processing process. Reducing the cutting speed directly during the processing process can lead to deterioration in the quality of the machined surface and negatively affect the cutting properties of the tool. This method of regulating the spindle rotation speed also involves intervention in the machine components, which is not applicable in an industrial environment, since it deprives the consumer of the guarantee for the machine.

Прототипом данного изобретения является способ определения допустимой скорости резания при механической обработке детали твердосплавным инструментом (Патент на изобретение РФ 2063307, МПК B23B 25/06, опубл. 10.07.1996), заключающийся в предварительной кратковременной обработке различных марок металла твердосплавными инструментами разных марок, измерении термоэлектродвижущей силы, а допустимую скорость резания определяют с использованием измеренного значения термоэлектродвижущей силы и рабочих параметров технологического процесса.The prototype of this invention is a method for determining the permissible cutting speed during machining of a part with a carbide tool (RF patent for invention 2063307, IPC B23B 25/06, published on July 10, 1996), which consists of preliminary short-term processing of various grades of metal with carbide tools of different brands, measuring the thermoelectromotive force, and the permissible cutting speed is determined using the measured value of the thermoelectromotive force and the operating parameters of the technological process.

Недостаток данного способа заключается в том, что он применим только при использовании твердосплавного инструмента, что ограничивает область его применения. Данный способ также не учитывает особенности используемого станочного оборудования, а расчет осуществляется только для скорости резания.The disadvantage of this method is that it is applicable only when using carbide tools, which limits the scope of its application. This method also does not take into account the features of the machine equipment used, and the calculation is carried out only for cutting speed.

Задачей данного изобретения является разработка способа расчета оптимальных режимов резания для конкретной контактной пары инструмент - обрабатываемый материал, путем определения взаимных свойств контактной пары через величину термоЭДС при механической обработке.The objective of this invention is to develop a method for calculating optimal cutting conditions for a specific contact pair of tool - workpiece material, by determining the mutual properties of the contact pair through the value of thermoEMF during machining.

Технический результат - повышение точности обработки, уменьшение времени технологической подготовки производства.The technical result is an increase in processing accuracy, a reduction in the time of technological preparation of production.

Технический результат достигается при использовании способа определения оптимальных режимов резания для станков с ЧПУ, включающего измерение термоэлектродвижущей силы, посредством предварительной обработки детали в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования в паре инструмент - деталь и расчет искомого параметра, причем определение оптимальных значений частоты вращения и подачи режущего инструмента осуществляется посредством симплекс-метода с учетом параметров ограничений:The technical result is achieved by using a method for determining optimal cutting conditions for CNC machines, including measurement of thermoelectromotive force, through pre-processing of the part under vibration-free cutting conditions in the speed range above the built-up zone in the tool-part pair and calculation of the desired parameter, and determining the optimal values of the rotation speed and feeding of the cutting tool is carried out using the simplex method, taking into account the following constraint parameters:

- наименьшей и наибольшей подачи режущего инструмента, допустимой кинематикой станка,- the minimum and maximum feed of the cutting tool, permissible kinematics of the machine,

- наименьшей и наибольшей частоты вращения шпинделя, допустимой кинематикой станка,- the lowest and highest spindle speed, permissible kinematics of the machine,

- наибольшей технологически допустимой частоты вращения шпинделя,- the highest technologically permissible spindle speed,

- наибольшей подачи, допускаемой требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности,- the highest feed allowed by the requirements for the roughness of the machined surface,

- параметров, определяемых исходя из значений термоэлектродвижущей силы:- parameters determined based on the values of thermoelectromotive force:

- режущие возможности инструмента,- cutting capabilities of the tool,

- мощность электропривода главного движения станка,- power of the electric drive of the main movement of the machine,

- прочность режущего инструмента,- strength of the cutting tool,

- жесткость режущего инструмента,- rigidity of the cutting tool,

- точность обработки,- processing accuracy,

а численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определяют по формулам:and the numerical values of the spindle rotation speed and cutting tool feed are determined by the formulas:

, ,

где n - частота вращения шпинделя, об/мин,where n is the spindle speed, rpm,

e - основание натурального логарифма,e is the base of the natural logarithm,

Х1опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей частоту вращения, полученные симплекс-методом,X 1opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the rotation frequency, obtained by the simplex method,

, ,

где S - подача режущего инструмента, мм/мин;where S is the cutting tool feed, mm/min;

e - основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm;

Х2опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей подачу, полученные симплекс-методом.X 2opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the feed, obtained by the simplex method.

Расчет оптимальных режимов резания посредством симплекс-метода с учетом накладываемых условий позволяет учитывать физическо-химические свойства конкретной контактной пары инструмент - обрабатываемый материал, что позволяет учесть разброс физико-химических свойств, обусловленных особенностями литейного производства. Поскольку каждая исходная заготовка может иметь погрешность формы или дефект поверхности, а режимы, заданные технологическим процессом, рассчитываются на основе усредненных табличных данных, что не позволяет учитывать реальные параметры обрабатываемого материала. Также расчет оптимальных режимов производится с учетом технических характеристик оборудования, исключается возможность назначения таких режимов, которые не достижимы на конкретном станке. Заявленный способ позволяет получить наиболее точные числовые значения частоты вращения и подачи, так как для расчета используют значения термоэлектродвижущей силы каждой конкретной пары инструмент-деталь, а также учитывают возможности станка и режущие возможности инструмента, что позволяет увеличить точность обработки каждой детали.Calculation of optimal cutting conditions using the simplex method, taking into account the imposed conditions, allows us to take into account the physical and chemical properties of a specific contact pair of tool - workpiece material, which allows us to take into account the spread of physical and chemical properties due to the peculiarities of foundry production. Since each initial workpiece may have a shape error or surface defect, and the modes specified by the technological process are calculated on the basis of average tabular data, which does not allow taking into account the real parameters of the material being processed. Also, the calculation of optimal modes is carried out taking into account the technical characteristics of the equipment, eliminating the possibility of assigning modes that are not achievable on a specific machine. The claimed method makes it possible to obtain the most accurate numerical values of rotation speed and feed, since the calculation uses the values of the thermoelectromotive force of each specific tool-workpiece pair, and also takes into account the capabilities of the machine and the cutting capabilities of the tool, which allows increasing the processing accuracy of each part.

Автоматическое определение оптимальных режимов резания симплекс методом и автоматическое внесение их в УЧПУ станка позволяет уменьшить время технологической подготовки производства, а также исключить риск возникновения ошибки из-за человеческого фактора. Расчет оптимальных режимов резания микроконтроллером, после пробного прохода, позволяет исключить человеческий фактор, а также быстро и точно определить необходимые значения симплекс методом и оперативно передать их в УЧПУ станка, что позволит быстро и самостоятельно запустить технологический цикл. Также реализация данного способа не требует вмешательств в узлы станка и программный код, что позволяет использовать его на станках, имеющих гарантию производителя.Automatic determination of optimal cutting conditions using the simplex method and automatic entry of them into the CNC of the machine allows you to reduce the time of technological preparation of production, as well as eliminate the risk of errors due to the human factor. Calculation of optimal cutting conditions by a microcontroller, after a trial run, allows you to eliminate the human factor, as well as quickly and accurately determine the required values using the simplex method and promptly transfer them to the CNC of the machine, which will allow you to quickly and independently start the technological cycle. Also, the implementation of this method does not require intervention in machine components and program code, which allows it to be used on machines that have a manufacturer’s warranty.

На фиг. 1 представлена блок-схема осуществления заявленного способа.In fig. 1 shows a block diagram of the implementation of the claimed method.

На фиг. 2 представлена блок-схема алгоритма работы заявленного способа.In fig. Figure 2 shows a block diagram of the operating algorithm of the claimed method.

На фиг. 3 приведена блок схема алгоритма симплекс метода.In fig. Figure 3 shows a block diagram of the simplex method algorithm.

На фиг. 4-6 представлено графическое определение оптимальных режимов резания.In fig. 4-6 shows a graphical definition of optimal cutting conditions.

Способ определения оптимальных режимов резания для станков с ЧПУ реализуется следующим образом.The method for determining optimal cutting conditions for CNC machines is implemented as follows.

В устройство числового программного управления станка (УЧПУ) 1 вводят программу обработки для получения детали заданной формы и размеров. Перед рабочим циклом обработки источник питания 2 подает напряжение на плату-преобразователь 3 и микроконтроллер (МК) 4, затем осуществляется предварительная обработка детали в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования. Перед началом предварительной обработки УЧПУ станка 1 отправляет в МК 4 команду начала измерения термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) резания, который служит для оценки физико-механических свойств контактной пары инструмент 5 и деталь 6. Во время предварительной обработки МК 4, посредством аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 7 и измерительной цепи (при обработке посредством инструмента 5 резца по патенту RU№ 201939, МПК B23B 25/06, опубл. 21.01.2021, измерительная цепь включена в конструкцию самого резца, а при использовании инструмента не содержащего измерительной цепи, функции последней выполняют АЦП и проводник, закрепленные на резце или заготовке и подключенные к сети), подключенной к контактной паре инструмент 5 и деталь 6, измеряет величину термоЭДС резания. Затем МК 4 подтверждает получение данных термоЭДС во время предварительной обработки и станок перемещает рабочий орган к начальной точке цикла обработки детали. На основе полученного значения термоЭДС в МК 4 выполняется оптимизация режимов резания.A processing program is entered into the machine numerical control device (CNC) 1 to obtain a part of a given shape and size. Before the processing cycle, the power source 2 supplies voltage to the converter board 3 and the microcontroller (MK) 4, then the part is preprocessed under vibration-free cutting conditions in the speed range above the build-up zone. Before the start of pre-processing, the CNC of machine 1 sends to MK 4 a command to start measuring the thermoelectromotive force (thermoEMF) of cutting, which serves to assess the physical and mechanical properties of the contact pair tool 5 and part 6. During pre-processing of MK 4, using an analog-to-digital converter ( ADC) 7 and the measuring circuit (when processing a cutter using a tool 5 according to patent RU No. 201939, IPC B23B 25/06, published on January 21, 2021, the measuring circuit is included in the design of the cutter itself, and when using a tool that does not contain a measuring circuit, the functions of the latter perform an ADC and a conductor mounted on a cutter or workpiece and connected to the network), a tool 5 and a workpiece 6 connected to the contact pair, and measure the value of the cutting thermoEMF. Then MK 4 confirms the receipt of thermoEMF data during pre-processing and the machine moves the working element to the starting point of the part processing cycle. Based on the obtained thermoEMF value, cutting modes are optimized in MK 4.

При оптимизации режимов резания на систему накладывают следующие технические ограничения, с учетом полученных во время предварительной обработки данных термоЭДС:When optimizing cutting conditions, the following technical restrictions are imposed on the system, taking into account the thermoEMF data obtained during preliminary processing:

1) Наименьшая подача режущего инструмента S, допустимая кинематикой станка.,1) The smallest cutting tool feed S allowed by the kinematics of the machine. ,

где - минимальная величина подачи режущего инструмента станка, мм/об.Where - minimum feed rate of the cutting tool of the machine, mm/rev.

2) Наибольшая подача режущего инструмента S, допустимая кинематикой станка.2) The highest cutting tool feed S allowed by the kinematics of the machine.

, ,

где - максимальная величина подачи режущего инструмента станка, мм/об.Where - maximum feed rate of the cutting tool of the machine, mm/rev.

3) Наименьшая частота вращения шпинделя n, допустимая кинематикой станка.3) The lowest spindle speed n allowed by the kinematics of the machine.

, ,

где - минимальная частота вращения шпинделя станка, об/мин.Where - minimum machine spindle speed, rpm.

4) Наибольшая частота вращения шпинделя n, допустимая кинематикой станка.4) The highest spindle speed n allowed by the kinematics of the machine.

, ,

где - максимальная частота вращения шпинделя станка, об/мин.Where - maximum machine spindle speed, rpm.

5) Режущие возможности инструмента.5) Cutting capabilities of the tool.

, ,

где А и k - коэффициенты регрессионной модели зависимости условий резания от термоЭДС предварительной обработки;where A and k are the coefficients of the regression model of the dependence of cutting conditions on the thermoEMF of pretreatment;

T - принятая стойкость инструмента, мин;T - accepted tool life, min;

m - показатель относительной стойкости;m is an indicator of relative resistance;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

S - подача режущего инструмента, мм/об;S - cutting tool feed, mm/rev;

Е - термоэлектродвижущая сила, мВ;E - thermoelectromotive force, mV;

- число Пи; - Pi;

xv, yv - эмпирические показатели степени;x v , y v - empirical exponents;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм;d - diameter of the workpiece, mm;

n - частота вращения шпинделя, об/мин.n - spindle rotation speed, rpm.

6) Наибольшая технологически допустимая частота вращения шпинделя n.6) The highest technologically permissible spindle speed n.

, ,

где vтехн - технологически допустимая скорость резания, м/мин;where v technical - technologically permissible cutting speed, m/min;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм.d - diameter of the workpiece, mm.

7) Мощность электропривода главного движения станка.7) Power of the electric drive of the main movement of the machine.

где A и k - коэффициенты регрессионной модели зависимости условий обработки от термоЭДС предварительной обработки;where A and k are the coefficients of the regression model of the dependence of processing conditions on the thermoEMF of pretreatment;

xz, nz, yz - эмпирические показатели степени;x z , n z , y z - empirical exponents;

- мощность электродвигателя главного движения станка, кВт; - power of the electric motor of the main movement of the machine, kW;

n - частота вращения шпинделя, об/мин;n - spindle rotation speed, rpm;

S - подача режущего инструмента, мм/об;S - cutting tool feed, mm/rev;

Е - термоэлектродвижущая сила, мВ;E - thermoelectromotive force, mV;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм;d - diameter of the workpiece, mm;

- число Пи; - Pi;

- КПД механизма передачи от двигателя к инструменту. - Efficiency of the transmission mechanism from the engine to the tool.

8) Прочность режущего инструмента.8) Durability of the cutting tool.

где - предел прочности материала державки резца;Where - tensile strength of the cutter holder material;

B, H - ширина и высота сечения державки;B, H - width and height of the holder section;

- расстояние вылета резца от точки приложения окружной силы; - the distance of the cutter from the point of application of the circumferential force;

n - частота вращения шпинделя, об/мин;n - spindle rotation speed, rpm;

S - подача режущего инструмента, мм/об;S - cutting tool feed, mm/rev;

xz, nz, yz - эмпирические показатели степени;x z , n z , y z - empirical exponents;

A и k - коэффициенты регрессионной модели зависимости условий резания от термоЭДС предварительной обработки;A and k are the coefficients of the regression model of the dependence of cutting conditions on the thermoEMF of pretreatment;

Е - термоэлектродвижущая сила, мВ;E - thermoelectromotive force, mV;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм;d - diameter of the workpiece, mm;

- число Пи; - Pi;

- коэффициент запаса прочности. - safety factor.

9) Жесткость режущего инструмента.9) Rigidity of the cutting tool.

где n - частота вращения шпинделя, об/мин;where n is the spindle rotation speed, rpm;

S - подача режущего инструмента, мм/об;S - cutting tool feed, mm/rev;

xz, nz, yz - эмпирические показатели степени;x z , n z , y z - empirical exponents;

B, H - ширина и высота сечения державки, мм;B, H - width and height of the holder section, mm;

- расстояние вылета резца от точки приложения окружной силы, мм; - distance of the cutter from the point of application of the circumferential force, mm;

A и k - коэффициенты регрессионной модели зависимости условий резания от термоЭДС предварительной обработки;A and k are the coefficients of the regression model of the dependence of cutting conditions on the thermoEMF of pretreatment;

Е - термоэлектродвижущая сила, мВ;E - thermoelectromotive force, mV;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм;d - diameter of the workpiece, mm;

- число Пи; - Pi;

10) Точность обработки.10) Processing precision.

где КЖ - коэффициент жесткости детали, зависящий от способа закрепленияwhere KZh is the stiffness coefficient of the part, depending on the method of fastening

n - частота вращения шпинделя, об/мин;n - spindle rotation speed, rpm;

S - подача режущего инструмента, мм/об;S - cutting tool feed, mm/rev;

xy, nу, yу - эмпирические показатели степени;x y , n y , y y - empirical exponents;

- припуск на размер, мм; - allowance for size, mm;

Еупр - модуль упругости материала детали, кг/мм2;E control - modulus of elasticity of the material of the part, kg/mm 2 ;

dпр - приведенный диаметр ступенчатой детали;d pr - reduced diameter of the stepped part;

Ктр - коэффициент трубчатости, равный отношению диаметра отверстия в детали к приведенному диаметру детали; Ktr - tubularity coefficient, equal to the ratio of the diameter of the hole in the part to the reduced diameter of the part;

A и k - коэффициенты регрессионной модели зависимости условий резания от термоЭДС предварительной обработки;A and k are the coefficients of the regression model of the dependence of cutting conditions on the thermoEMF of pretreatment;

Е - термоэлектродвижущая сила, мВ;E - thermoelectromotive force, mV;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

- число Пи; - Pi;

d - диаметр обрабатываемой детали, мм.d - diameter of the workpiece, mm.

При закреплении детали в патроне или на оправке консольноWhen fixing a part in a chuck or on a mandrel in a cantilever manner

, ,

где Lзаг - длина детали, выступающей из патрона, мм;where L zag is the length of the part protruding from the cartridge, mm;

xp - расстояние от правого торца детали до места приложения силы (до резца), мм.x p - distance from the right end of the part to the place of application of force (to the cutter), mm.

При закреплении детали в патроне или на оправке с поджатием свободного конца центром задней бабки или с опорой свободного конца на люнетWhen securing a part in a chuck or on a mandrel with the free end pressed by the center of the tailstock or with the free end supported on the rest

, ,

где Lзаг - длина детали, выступающей из патрона, мм;where L zag is the length of the part protruding from the cartridge, mm;

xp - расстояние от правого торца детали до места приложения силы (до резца), мм.x p - distance from the right end of the part to the place of application of force (to the cutter), mm.

При закреплении детали в центрах без люнетаWhen fixing a part in centers without a steady rest

, ,

где Lзаг - длина детали, выступающей из патрона, мм;where L zag is the length of the part protruding from the cartridge, mm;

xp - расстояние от правого торца детали до места приложения силы (до резца), мм.x p - distance from the right end of the part to the place of application of force (to the cutter), mm.

При закреплении детали в центрах с люнетом в середине пролетаWhen fixing the part in the centers with a steady rest in the middle of the span

, ,

где Lзаг - длина детали, выступающей из патрона, мм;where L zag is the length of the part protruding from the cartridge, mm;

xp - расстояние от правого торца детали до места приложения силы (до резца), мм.x p - distance from the right end of the part to the place of application of force (to the cutter), mm.

11) Наибольшая подача режущего инструмента S, допускаемая требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности.11) The highest cutting tool feed S allowed by the requirements for the roughness of the machined surface.

, ,

где - максимально допустимая подача режущего инструмента, обеспечивающая получение необходимого класса шероховатости обработанной поверхности.Where - the maximum permissible feed of the cutting tool, ensuring the required roughness class of the machined surface.

При тонкой обработке:For fine processing:

, ,

где Rz - заданная шероховатость поверхности, мкм;where R z is the specified surface roughness, μm;

r - радиус закругления при вершине резца, мм.r - radius of curvature at the tip of the cutter, mm.

При чистовой / получистовой и черновой обработке:For finishing/semi-finishing and roughing:

, ,

где CH - коэффициент, характеризующий условия обработки;where C H is a coefficient characterizing the processing conditions;

Hmax - максимальная высота микронеровностей поверхности, мкм;H max - maximum height of surface microroughness, microns;

φ - главный угол в плане;φ - main plan angle;

φ1 - вспомогательный главный угол в плане;φ 1 - auxiliary main plan angle;

r - радиус закругления при вершине резца, мм;r - radius of curvature at the tip of the cutter, mm;

t - глубина резания, мм;t - cutting depth, mm;

y, u, x, z - эмпирические показатели степени.y, u, x, z - empirical exponents.

Далее линеаризируют целевую функцию и систему ограничений логарифмированием и затем определяют оптимальные режимы резания.Next, the objective function and the system of constraints are linearized by logarithm and then the optimal cutting conditions are determined.

Для решения задачи определения оптимальных режимов резания применяют симплекс-метод, который реализует рациональный перебор базисных допустимых решений, в виде конечного итеративного процесса, необходимо улучшающего значение целевой функции на каждом шаге.To solve the problem of determining optimal cutting conditions, a simplex method is used, which implements a rational search of basic feasible solutions in the form of a final iterative process that necessarily improves the value of the objective function at each step.

Сначала среди переменных задачи выбирается начальный базис из m переменных, (X1,...,Xm), которые должны иметь неотрицательные значения в то время, когда остальные (n-m) свободные переменные равны 0. В простейшем случае в качестве базисных переменных можно взять такие m переменные, каждая из которых входит только в одно ограничение, причем с положительным знаком, при этом свободные члены ограничений должны быть положительными. Таким образом составляют начальную симплекс- таблицу.First, among the variables of the problem, an initial basis is selected from m variables, (X 1 ,...,X m ), which must have non-negative values at a time when the remaining (nm) free variables are equal to 0. In the simplest case, the basis variables can be take m variables, each of which is included in only one constraint, with a positive sign, and the free terms of the constraints must be positive. In this way, the initial simplex table is compiled.

После проводят проверку существования решения. Для этого рассматривают все столбцы начальной симплекс- таблицы с m переменными, (X1,...,Xm), у которых коэффициент в строке, представляющей целевую функцию, <0 (при нахождении максимума), либо >0 (при нахождении минимума). Если существует хотя бы один столбец, у которого все коэффициенты Ai,j< 0, то задача решения не имеет, т.к. множество допустимых решений не ограничено и целевая функция неограниченно возрастает (убывает). В случае отсутствия решения МК отправляет в УЧПУ сообщение об ошибке и рабочий цикл обработки завершается.Then the existence of a solution is checked. To do this, consider all columns of the initial simplex table with m variables, (X 1 ,...,X m ), for which the coefficient in the row representing the objective function is <0 (when finding the maximum), or >0 (when finding the minimum ). If there is at least one column for which all coefficients A i,j < 0, then the problem has no solution, because the set of feasible solutions is not limited and the objective function increases (decreases) without limit. If there is no solution, the MC sends an error message to the CNC and the processing cycle ends.

Если задача имеет решение, тогда формируют новую симплекс-таблицу. Для этого вводят в базис свободную переменную из строки, представляющей целевую функцию задачи. При нахождении максимума выбирают столбец с отрицательным элементом в строке, представляющей целевую функцию, при нахождении минимума - с положительным. Соответствующая этому столбцу (пусть выбранный столбец k-й) переменная вводится в новый базис. Чтобы выбрать базисную переменную, которую надо вывести из базиса (выбор разрешающей строки), необходимо просмотреть все положительные элементы выбранного столбца (Ai,k). Элемент Ai,k называют разрешающим элементом. Для всех разрешающих элементов находят отношение Bi / Ai,k (Bi - свободный член) и выбирают строку, которая соответствует минимальному значению этого отношения (пусть это i-я строка). Соответствующая i-ой строке переменная выводится из базиса. При нескольких одинаковых отношениях берется любая строка.If the problem has a solution, then a new simplex table is formed. To do this, a free variable from a string representing the objective function of the problem is introduced into the basis. When finding the maximum, select a column with a negative element in the row representing the objective function, and when finding a minimum, choose a column with a positive one. The variable corresponding to this column (let the selected column be the k-th) is entered into the new basis. To select the basis variable to be derived from the basis (selecting a resolving row), it is necessary to look through all the positive elements of the selected column (A i,k ). The element A i,k is called the resolving element. For all resolving elements, find the ratio B i / A i,k (B i is the free term) and select the line that corresponds to the minimum value of this ratio (let it be the i-th line). The variable corresponding to the i-th row is derived from the basis. If there are several identical relations, any row is taken.

Затем заполняется новая k-я строка новой симплекс-таблицы, в которую записывают элементы старой (предыдущей) i-ой строки, поделенные на разрешающий элемент Ai,k. После заполнения k-ой строки заполняют оставшиеся строки. Для этого k-я строка умножается последовательно на такие числа, чтобы после сложения ее с каждой строкой начальной симплекс- таблицы в k-ом столбце везде получить ноль (кроме значения в новой k-ой строке).Then the new k-th row of the new simplex table is filled in, into which the elements of the old (previous) i-th row are written, divided by the resolving element A i,k . After filling the k-th line, the remaining lines are filled. To do this, the k-th row is multiplied sequentially by such numbers that after adding it with each row of the initial simplex table in the k-th column, we get zero everywhere (except for the value in the new k-th row).

После составления новой симплекс-таблицы выполняют проверку полученного решения на оптимальность. Если в строке, представляющей целевую функцию, существует коэффициент <=0 (при нахождении максимума), либо >=0 (при нахождении минимума), то решение можно улучшить. Тогда процесс формирования новой симплекс-таблицы и выполнения проверки полученного решения на оптимальность повторяют.After compiling a new simplex table, the resulting solution is checked for optimality. If in the line representing the objective function there is a coefficient <=0 (when finding the maximum), or >=0 (when finding the minimum), then the solution can be improved. Then the process of forming a new simplex table and checking the resulting solution for optimality is repeated.

Если в строке, представляющей целевую функцию, все коэффициенты (кроме свободного члена) >=0 (при нахождении максимума), либо <= 0 (при нахождении минимума), то получено оптимальное решение (определены точки оптимальных режимов резания): X=(B1,...,Bm,0,...,0), F=C0. ЕIf in the line representing the objective function, all coefficients (except for the free term) >=0 (when finding the maximum), or <= 0 (when finding the minimum), then the optimal solution is obtained (points of optimal cutting conditions are determined): X=(B 1 ,...,B m ,0,...,0), F=C 0 . E

После определения оптимального решения, численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определяются по формулам:After determining the optimal solution, the numerical values of the spindle speed and cutting tool feed are determined by the formulas:

, ,

где n - частота вращения шпинделя, об/мин;where n is the spindle rotation speed, rpm;

e - основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm;

Х1опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей частоту вращения.X 1opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the rotation frequency.

, ,

где S - подача режущего инструмента, мм/мин;where S is the cutting tool feed, mm/min;

e - основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm;

Х2опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей подачу.X 2opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the feed.

Затем МК 4 отправляет численные значения частоты оборотов шпинделя и подачи режущего инструмента, а УЧПУ станка 1 читает из буфера данные и записывает эти значения в переменные, на которые в программе обработки установлены ссылки как на хранящие режимы резания, по которым УЧПУ станка 1 начинает рабочий цикл обработки детали.Then MK 4 sends numerical values of the spindle speed and cutting tool feed, and the CNC of machine 1 reads data from the buffer and writes these values to variables that are referenced in the processing program as storing cutting modes, according to which the CNC of machine 1 begins the work cycle processing the part.

Способ определения оптимальных режимов резания для станков с ЧПУ иллюстрируется следующими примерами.The method for determining optimal cutting conditions for CNC machines is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Производится обработка заготовки (ШХ15) длиной L = 100 мм и диаметром D = 100 мм со значением модуля упругости Еупр = 21516 кг/мм2 , закрепленной в патроне, резцом (Т5К10), имеющего следующие характеристики: главный угол в плане φ = 45°; вспомогательный угол в плане φ1 = 45°; принятый период стойкости T = 90 мин; предел прочности материала державки резца при изгибе = 5 кг/мм2; ширина сечения державки резца B = 20 мм; высота сечения державки резца Н = 20 мм; коэффициент запаса прочности материала державки = 1,4; радиус закругления при вершине r = 1,5 мм, на станке со следующими параметрами: минимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 12,5 об/мин; максимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 2000 об/мин; минимально допустимая подача режущего инструмента Smin = 0,1 мм/об; максимально допустимая подача режущего инструмента Smax = 2 мм/об; мощность привода станка Ny = 10 кВт; КПД от привода к рабочему органу = 0,8. Параметры обработки: глубина резания t = 1,0 мм; термоЭДС предварительной обработки E = 11,3 мВ; расстояние начала обработки от правого торца детали x0 = 1 мм; расстояние конца обработки от правого торца детали x0+1 = 102 мм; длина рабочего хода инструмента Lp.х.= 103 мм; припуск на размер = 1,0 мм; число деталей, обрабатываемых одновременно rR = 1 шт; технологически допустимая скорость резания Vтехн= 1,4 м/с; вылет резца из резцедержателя lвр = 30 мм; принятый коэффициент загрузки станка = 0,75. Предварительная обработка детали проводилась при V = 100 м/мин, S = 0,1 мм/об, t = 1 мм.A workpiece (ШХ15) with length L = 100 mm and diameter D = 100 mm with elastic modulus E is processedcontrol= 21516 kg/mm2 , fixed in the chuck, with a cutter (T5K10), having the following characteristics: main angle φ = 45°; auxiliary angle φ1= 45°; accepted durability period T = 90 min; bending strength of the cutter holder material = 5 kg/mm2; cross-sectional width of the cutter holder B = 20 mm; cutter holder section height H = 20 mm; safety factor of the holder material= 1.4; radius of curvature at the tip r = 1.5 mm, on a machine with the following parameters: minimum permissible spindle speed nmin = 12.5 rpm; maximum permissible spindle speed nmin = 2000 rpm; minimum permissible cutting tool feed Smin = 0.1 mm/rev; maximum permissible cutting tool feed Smax = 2 mm/rev; machine drive power Ny = 10 kW; Efficiency from the drive to the working element = 0.8. Processing parameters: cutting depth t = 1.0 mm; thermoEMF of pre-treatment E = 11.3 mV; distance to start processing from the right end of the part x0 = 1 mm; distance of the end of processing from the right end of the part x0+1 = 102 mm; tool stroke length Lp.x.= 103 mm; allowance for size = 1.0 mm; number of parts processed simultaneously rR= 1 piece; technologically permissible cutting speed Vtech= 1.4 m/s; protrusion of the cutter from the tool holder lvr = 30 mm; accepted machine load factor = 0.75. Pre-processing of the part was carried out at V = 100 m/min, S = 0.1 mm/rev, t = 1 mm.

Далее линеаризировали целевую функцию и систему ограничений логарифмированием.Next, the objective function and the system of constraints were linearized by logarithm.

Ограничение 1. Наименьшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка. Limitation 1. Minimum cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 2. Наибольшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка.Limitation 2. The highest cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 3. Наименьшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 3. The lowest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 4. Наибольшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 4. The highest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 5. Режущие возможности инструмента.Limitation 5. Cutting capabilities of the tool.

Ограничение 6. Наибольшая технологически допустимая скорость резания.Limitation 6. Highest technologically permissible cutting speed.

Ограничение 7. Мощность электропривода главного движения станкаLimitation 7. Power of the electric drive of the main movement of the machine

Ограничение 8. Прочность режущего инструмента.Limitation 8. Durability of the cutting tool.

Ограничение 9. Жесткость режущего инструмента.Limitation 9. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 10. Жесткость режущего инструмента.Limitation 10. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 11. Наибольшая подача режущего инструмента, допускаемая требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности.Limitation 11. The highest cutting tool feed allowed by the requirements for the roughness of the machined surface.

Математическая модель процесса резания, выраженная совокупностью ограничений в виде системы неравенств:Mathematical model of the cutting process, expressed by a set of restrictions in the form of a system of inequalities:

Оптимальные режимы резания определяли посредством симплекс-метода, реализуя рациональный перебор базисных допустимых решений, в виде конечного итеративного процесса, необходимо улучшающего значение целевой функции на каждом шаге.Optimal cutting conditions were determined using the simplex method, implementing a rational search of basic feasible solutions, in the form of a final iterative process that necessarily improves the value of the objective function at each step.

По результатам составления симплекс-таблиц и выполнения проверок полученных решений на оптимальность были определены численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определялись по формулам:Based on the results of compiling simplex tables and checking the resulting solutions for optimality, the numerical values of the spindle rotation speed and cutting tool feed were determined using the formulas:

об/мин rpm

мм/об mm/rev

Пример 2Example 2

Производится обработка заготовки (сталь 40) длиной L = 100 мм и диаметром D = 300 мм со значением модуля упругости Еупр = 20000 кг/мм2 , закрепленной в патроне, резцом (Т15К6), имеющего следующие характеристики: главный угол в плане φ = 45°; вспомогательный угол в плане φ1 = 45°; принятый период стойкости T = 90 мин; предел прочности материала державки резца при изгибе = 5 кг/мм2; ширина сечения державки резца B = 20 мм; высота сечения державки резца Н = 20 мм; коэффициент запаса прочности материала державки = 1,4; радиус закругления при вершине r = 1,5 мм, на станке со следующими параметрами: минимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 12,5 об/мин; максимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 2000 об/мин; минимально допустимая подача режущего инструмента Smin = 0,1 мм/об; максимально допустимая подача режущего инструмента Smax = 2 мм/об; мощность привода станка Ny = 10 кВт; КПД от привода к рабочему органу = 0,8. Параметры обработки: глубина резания t = 2 мм; термоЭДС предварительной обработки E = 8,5 мВ; расстояние начала обработки от правого торца детали x0 = 1 мм; расстояние конца обработки от правого торца детали x0+1 = 102 мм; длина рабочего хода инструмента Lp.х.= 103 мм; припуск на размер = 1,5 мм; число деталей, обрабатываемых одновременно rR = 1 шт; технологически допустимая скорость резания Vтехн= 1,4 м/с; вылет резца из резцедержателя lвр = 30 мм; принятый коэффициент загрузки станка = 0,75. Предварительная обработка детали проводилась при V = 100 м/мин, S = 0,1 мм/об, t = 1 мм.A workpiece (steel 40) with length L = 100 mm and diameter D = 300 mm with elastic modulus E is processedcontrol= 20000 kg/mm2 , fixed in the chuck, with a cutter (T15K6), having the following characteristics: main angle φ = 45°; auxiliary angle φ1= 45°; accepted durability period T = 90 min; bending strength of the cutter holder material = 5 kg/mm2; cross-sectional width of the cutter holder B = 20 mm; cutter holder section height H = 20 mm; safety factor of the holder material= 1.4; radius of curvature at the tip r = 1.5 mm, on a machine with the following parameters: minimum permissible spindle speed nmin = 12.5 rpm; maximum permissible spindle speed nmin = 2000 rpm; minimum permissible cutting tool feed Smin = 0.1 mm/rev; maximum permissible cutting tool feed Smax = 2 mm/rev; machine drive power Ny = 10 kW; Efficiency from the drive to the working element = 0.8. Processing parameters: cutting depth t = 2 mm; thermoEMF of pre-treatment E = 8.5 mV; distance to start processing from the right end of the part x0 = 1 mm; distance of the end of processing from the right end of the part x0+1 = 102 mm; tool stroke length Lp.x.= 103 mm; allowance for size = 1.5 mm; number of parts processed simultaneously rR= 1 piece; technologically permissible cutting speed Vtech= 1.4 m/s; protrusion of the cutter from the tool holder lvr = 30 mm; accepted machine load factor = 0.75. Pre-processing of the part was carried out at V = 100 m/min, S = 0.1 mm/rev, t = 1 mm.

Далее линеаризировали целевую функцию и систему ограничений логарифмированием.Next, the objective function and the system of constraints were linearized by logarithm.

Ограничение 1. Наименьшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка.Limitation 1. Minimum cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 2. Наибольшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка.Limitation 2. The highest cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 3. Наименьшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 3. The lowest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 4. Наибольшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 4. The highest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 5. Режущие возможности инструмента.Limitation 5. Cutting capabilities of the tool.

Ограничение 6. Наибольшая технологически допустимая скорость резания.Limitation 6. Highest technologically permissible cutting speed.

Ограничение 7. Мощность электропривода главного движения станка.Limitation 7. Power of the electric drive of the main movement of the machine.

Ограничение 8. Прочность режущего инструмента.Limitation 8. Durability of the cutting tool.

Ограничение 9. Жесткость режущего инструмента.Limitation 9. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 10. Жесткость режущего инструмента.Limitation 10. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 11. Наибольшая подача режущего инструмента, допускаемая требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности.Limitation 11. The highest cutting tool feed allowed by the requirements for the roughness of the machined surface.

Математическая модель процесса резания, выраженная совокупностью ограничений в виде системы неравенств:Mathematical model of the cutting process, expressed by a set of restrictions in the form of a system of inequalities:

Оптимальные режимы резания определяли посредством симплекс-метода, реализуя рациональный перебор базисных допустимых решений, в виде конечного итеративного процесса, необходимо улучшающего значение целевой функции на каждом шаге.Optimal cutting conditions were determined using the simplex method, implementing a rational search of basic feasible solutions, in the form of a final iterative process that necessarily improves the value of the objective function at each step.

По результатам составления симплекс-таблиц и выполнения проверок полученных решений на оптимальность были определены численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определялись по формулам:Based on the results of compiling simplex tables and checking the resulting solutions for optimality, the numerical values of the spindle speed and cutting tool feed were determined using the formulas:

об/мин rpm

мм/об mm/rev

Пример 3Example 3

Производится обработка заготовки (40Х) длиной L = 100 мм и диаметром D = 300 мм со значением модуля упругости Еупр = 21822 кг/мм2, закрепленной в патроне, резцом (Т15К6), имеющего следующие характеристики: главный угол в плане φ = 45°; вспомогательный угол в плане φ1 = 45°; принятый период стойкости T = 90 мин; предел прочности материала державки резца при изгибе = 5 кг/мм2; ширина сечения державки резца B = 20 мм; высота сечения державки резца Н = 20 мм; коэффициент запаса прочности материала державки = 1,4; радиус закругления при вершине r = 1,5 мм, на станке со следующими параметрами: минимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 12,5 об/мин; максимально допустимая частота вращения шпинделя nmin = 2000 об/мин; минимально допустимая подача режущего инструмента Smin = 0,1 мм/об; максимально допустимая подача режущего инструмента Smax = 2 мм/об; мощность привода станка Ny = 10 кВт; КПД от привода к рабочему органу = 0,8. Параметры обработки: глубина резания t = 1,0 мм; термоЭДС предварительной обработки E = 10,2 мВ; расстояние начала обработки от правого торца детали x0 = 1 мм; расстояние конца обработки от правого торца детали x0+1 = 102 мм; длина рабочего хода инструмента Lp.х.= 103 мм; припуск на размер = 1,0 мм; число деталей, обрабатываемых одновременно rR = 1 шт; технологически допустимая скорость резания Vтехн= 1,4 м/с; вылет резца из резцедержателя lвр = 30 мм; принятый коэффициент загрузки станка = 0,75. Предварительная обработка детали проводилась при V = 100 м/мин, S = 0,1 мм/об, t = 1 мм.A workpiece (40X) with a length L = 100 mm and a diameter D = 300 mm with a modulus of elasticity E control = 21822 kg/mm 2 is processed, fixed in a chuck, with a cutter (T15K6) having the following characteristics: main angle φ = 45 °; auxiliary angle φ 1 = 45°; accepted durability period T = 90 min; bending strength of the cutter holder material = 5 kg/mm 2 ; cross-sectional width of the cutter holder B = 20 mm; cutter holder section height H = 20 mm; safety factor of the holder material = 1.4; radius of curvature at the tip r = 1.5 mm, on a machine with the following parameters: minimum permissible spindle speed n min = 12.5 rpm; maximum permissible spindle speed n min = 2000 rpm; minimum permissible cutting tool feed S min = 0.1 mm/rev; maximum permissible cutting tool feed S max = 2 mm/rev; machine drive power N y = 10 kW; Efficiency from the drive to the working element = 0.8. Processing parameters: cutting depth t = 1.0 mm; thermoEMF of pre-treatment E = 10.2 mV; distance to start processing from the right end of the part x 0 = 1 mm; distance of the end of processing from the right end of the part x 0+1 = 102 mm; tool stroke length L p.x. = 103 mm; allowance for size = 1.0 mm; number of parts processed simultaneously r R = 1 piece; technologically permissible cutting speed V tech = 1.4 m/s; protrusion of the cutter from the tool holder l BP = 30 mm; accepted machine load factor = 0.75. Pre-processing of the part was carried out at V = 100 m/min, S = 0.1 mm/rev, t = 1 mm.

Далее линеаризировали целевую функцию и систему ограничений логарифмированием.Next, the objective function and the system of constraints were linearized by logarithm.

Ограничение 1. Наименьшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка.Limitation 1. Minimum cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 2. Наибольшая подача режущего инструмента, допустимая кинематикой станка.Limitation 2. The highest cutting tool feed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 3. Наименьшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 3. The lowest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 4. Наибольшая частота вращения шпинделя, допустимая кинематикой станка.Limitation 4. The highest spindle speed allowed by the kinematics of the machine.

Ограничение 5. Режущие возможности инструмента.Limitation 5. Cutting capabilities of the tool.

Ограничение 6. Наибольшая технологически допустимая скорость резания.Limitation 6. Highest technologically permissible cutting speed.

Ограничение 7. Мощность электропривода главного движения станка.Limitation 7. Power of the electric drive of the main movement of the machine.

Ограничение 8. Прочность режущего инструмента.Limitation 8. Durability of the cutting tool.

Ограничение 9. Жесткость режущего инструмента.Limitation 9. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 10. Жесткость режущего инструмента.Limitation 10. Rigidity of the cutting tool.

Ограничение 11. Наибольшая подача режущего инструмента, допускаемая требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности.Limitation 11. The highest cutting tool feed allowed by the requirements for the roughness of the machined surface.

Математическая модель процесса резания, выраженная совокупностью ограничений в виде системы неравенств:Mathematical model of the cutting process, expressed by a set of restrictions in the form of a system of inequalities:

Оптимальные режимы резания определяли посредством симплекс-метода, реализуя рациональный перебор базисных допустимых решений, в виде конечного итеративного процесса, необходимо улучшающего значение целевой функции на каждом шаге.Optimal cutting conditions were determined using the simplex method, implementing a rational search of basic feasible solutions, in the form of a final iterative process that necessarily improves the value of the objective function at each step.

По результатам составления симплекс-таблиц и выполнения проверок полученных решений на оптимальность были определены численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определялись по формулам:Based on the results of compiling simplex tables and checking the resulting solutions for optimality, the numerical values of the spindle rotation speed and cutting tool feed were determined using the formulas:

об/мин rpm

мм/об mm/rev

Таким образом, использование способа определения оптимальных режимов резания для станков с ЧПУ, включающего измерение термоэлектродвижущей силы, посредством предварительной обработки детали в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования в паре инструмент - деталь и расчет оптимальных значений частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента, посредством симплекс-метода с учетом ограничений станка и режущих возможностей инструмента, определяемых исходя из значений термоэлектродвижущей силы, позволяет повысить точность обработки и уменьшить время технологической подготовки производства.Thus, the use of a method for determining optimal cutting conditions for CNC machines, including measurement of thermoelectromotive force, through preliminary processing of the part under vibration-free cutting conditions in the speed range above the built-up zone in the tool-part pair and calculation of the optimal values of the spindle speed and cutting tool feed, using the simplex method, taking into account the limitations of the machine and the cutting capabilities of the tool, determined based on the values of thermoelectromotive force, allows to increase the accuracy of processing and reduce the time of technological preparation of production.

Claims (20)

Способ определения оптимальных режимов резания для станков с ЧПУ, включающий измерение термоэлектродвижущей силы посредством предварительной обработки детали в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования в паре инструмент - деталь и определение искомых параметров режима резания, отличающийся тем, что определение оптимальных значений частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента осуществляют посредством симплекс-метода с учетом следующих параметров ограничений: A method for determining optimal cutting conditions for CNC machines, including measuring the thermoelectromotive force by pre-processing the part under vibration-free cutting conditions in the speed range above the built-up zone in the tool-part pair and determining the required parameters of the cutting mode, characterized in that the determination of the optimal spindle speed values and feeding of the cutting tool is carried out using the simplex method, taking into account the following limitation parameters: - наименьшей и наибольшей подачи режущего инструмента, допускаемой кинематикой станка,- the smallest and largest feed of the cutting tool allowed by the kinematics of the machine, - наименьшей и наибольшей частоты вращения шпинделя, допускаемой кинематикой станка, - the lowest and highest spindle speed allowed by the kinematics of the machine, - наибольшей технологически допустимой частотой вращения шпинделя,- the highest technologically permissible spindle speed, - наибольшей подачей, допускаемой требованиями, предъявляемыми к шероховатости обработанной поверхности, и- the highest feed allowed by the requirements for the roughness of the machined surface, and - параметров, определяемых из значений термоэлектродвижущей силы, в качестве которых используют- parameters determined from the values of thermoelectromotive force, which are used as режущие возможности инструмента,cutting capabilities of the tool, мощность электропривода главного движения станка,power of the electric drive of the main movement of the machine, прочность режущего инструмента,cutting tool strength, жесткость режущего инструмента,cutting tool rigidity, заданную точность обработки,specified processing accuracy, при этом численные значения частоты вращения шпинделя и подачи режущего инструмента определяют по формуламin this case, the numerical values of the spindle rotation speed and cutting tool feed are determined by the formulas n = e x 1 о п т , n = e x 1 O P T , где n - частота вращения шпинделя, об/мин,where n is the spindle speed, rpm, e - основание натурального логарифма,e is the base of the natural logarithm, Х1опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей частоту вращения, полученные симплекс-методом,X 1opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the rotation frequency, obtained by the simplex method, S = e x 2 о п т 100 , S = e x 2 O P T 100 , где S - подача режущего инструмента, мм/мин,where S is the cutting tool feed, mm/min, e - основание натурального логарифма,e is the base of the natural logarithm, Х2опт - значение коэффициента целевой функции при переменной, характеризующей подачу, полученные симплекс-методом.X 2opt - the value of the coefficient of the objective function with a variable characterizing the feed, obtained by the simplex method.
RU2021135456A 2021-12-02 Method for determining optimal cutting conditions for cnc machines RU2807258C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807258C1 true RU2807258C1 (en) 2023-11-13

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU852449A1 (en) * 1978-04-10 1981-08-07 за витель В. А. Новицкий Method of determining cutting optimal modes
SU1009717A1 (en) * 1981-02-06 1983-04-07 Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе System for adaptive control of cutting process
SU1202811A1 (en) * 1984-07-20 1986-01-07 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of estimating optimum cutting speed in process of machining workpieces
SU1754419A1 (en) * 1990-11-29 1992-08-15 Волгоградский Политехнический Институт Method of machining control
RU2063307C1 (en) * 1994-03-29 1996-07-10 Волгоградский государственный технический университет Method of determining permissible cutting speed in machining part by hard alloy tool
JP2007299122A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Yaskawa Electric Corp Servo controller and method for adjusting the same
CN101549469A (en) * 2009-02-16 2009-10-07 西北工业大学 Calibration method for cutter parameters in the process of peripheral milling
RU2707308C1 (en) * 2018-09-21 2019-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" Method of setting up a lathe for part turning

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU852449A1 (en) * 1978-04-10 1981-08-07 за витель В. А. Новицкий Method of determining cutting optimal modes
SU1009717A1 (en) * 1981-02-06 1983-04-07 Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе System for adaptive control of cutting process
SU1202811A1 (en) * 1984-07-20 1986-01-07 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of estimating optimum cutting speed in process of machining workpieces
SU1754419A1 (en) * 1990-11-29 1992-08-15 Волгоградский Политехнический Институт Method of machining control
RU2063307C1 (en) * 1994-03-29 1996-07-10 Волгоградский государственный технический университет Method of determining permissible cutting speed in machining part by hard alloy tool
JP2007299122A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Yaskawa Electric Corp Servo controller and method for adjusting the same
CN101549469A (en) * 2009-02-16 2009-10-07 西北工业大学 Calibration method for cutter parameters in the process of peripheral milling
RU2707308C1 (en) * 2018-09-21 2019-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" Method of setting up a lathe for part turning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107976956B (en) Multi-target cutting data generation algorithm and cutting parameter optimization method of numerical control machine tool
CN106776712B (en) Turning process database based on i5 intelligent numerical control lathe and application method thereof
KR970005523A (en) Processing method using numerical control device
Boothroyd et al. Estimating the cost of machined components during the conceptual design of a product
JP6490125B2 (en) Numerical control device and CAD / CAM-CNC integrated system
Sutherland et al. A model for the cutting force system in the gear broaching process
RU2807258C1 (en) Method for determining optimal cutting conditions for cnc machines
Liu Repetitive measurement and compensation to improve workpiece machining accuracy
Liu et al. Error compensation in CNC turning solely from dimensional measurements of previously machined parts
Szalóki et al. New test results in cycloid-forming trochoidal milling
Fan et al. In-process dimensional control of the workpiece during turning
Meyers et al. Basic Machining Reference Handbook
Gijo et al. Quality improvement by reducing variation: a case study
CN104781739A (en) Positioning precision setting method, positioning precision setting device, and positioning precision setting program
KR20200043619A (en) The methods of integral impedance of tool, and the method of tool changing time using the same
Collins et al. CNC Application and Design
Hinduja et al. Automatic determination of work-holding parameters for turned components
JP7229621B1 (en) System and program
JPS60238257A (en) Method of managing tool life
CN115291529B (en) Numerical control batch machining cutting parameter optimization method responding to cutter wear time-varying characteristic
Kline et al. Sources of Error in Machining Centers and Corrective Techniques
Oşan Improving roughness using toroidal milling for complex surface processing
Mirza A QUALITATIVE STUDY OF ESSENTIAL VARIATIONS IN THE CUTTING TOOL DIMENSIONAL FEATURES AND END MILL DEFLECTION AND THEIR EFFECTS ON MACHINING ACCURACY IN CNC MILLING MACHINE
Kawalec et al. Deformations of selected milling cutters while milling Ti6Al4V alloy on a CNC machine tool, experimental tests and FEM modeling
Sztankovics Cylinder accuracy analysis of tangential turning of disk-like workpieces with increased cutting speed