Дисертації (ТМ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Оптимізація процесу контурного фрезеруванні на верстатах з ЧПК(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Мигович, Артур Володимирович; Петраков, Юрій ВолодимировичМигович А.В. Оптимізація процесу контурного фрезеруванні на верстатах з ЧПК. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертація присвячена оптимізації процесу контурного фрезерування на верстатах із ЧПК з урахуванням технологічних і конструкторських обмежень. Запропоновано математичну модель, яка описує взаємодію інструмента й заготовки, а також методи управління режимом різання, що дають змогу визначати оптимальні параметри з урахуванням усіх необхідних обмежень і стабілізувати параметри процесу різання. Розроблене програмне забезпечення автоматизує підбір оптимальних параметрів, підвищуючи продуктивність зберігаючи стабільність процесу. Експериментальні дослідження підтвердили ефективність підходу, забезпечивши суттєве скорочення часу обробки, і навіть за складних контурів. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі представлено загальну характеристику дослідження, обґрунтовано його актуальність, а також розкрито зв’язок із науковими програмами, планами і темами. Сформульовано мету та завдання роботи, визначено об’єкт і предмет дослідження, наведено наукову новизну й практичну значущість здобутих результатів. Окремо висвітлено особистий внесок здобувача, а також подано відомості про апробацію, публікації, структуру й обсяг роботи. У першому розділі наведено розгорнутий аналіз процесу контурного фрезерування, який застосовують для формування складних геометричних поверхонь у різних галузях. Проаналізовано методи управління процесом різання за апріорними, поточними та апостеріорними даними. Розглянуто методи стабілізації характеристик різання, такі як швидкість видалення матеріалу (MRR), сила різання та потужність різання, а також наведено їх переваги та обмеження. Здійснено аналіз сучасних CAM-систем та їх модулів, що дозволяють автоматизувати процес контурного фрезерування, зокрема iMachining, Dynamic Motion та інші. Виявлено їхні обмеження у стабілізації та оптимізації процесу різання, що обґрунтовує потребу дослідженнях. На основі огляду літератури сформульовано мету і задачі дослідження, спрямовані на оптимізацію процесу контурного фрезерування на верстатах з ЧПК. У другому розділі наведено опис математичного апарата й алгоритми для створення цифрових масивів, які описують траєкторії формоутворення, контури заготовки та деталі, і є необхідною передумовою моделювання процесу контурного фрезерування. Створено математичну модель процесу контурного фрезерування, яка дозволяє моделювати ключові характеристики процесу різання, зокрема швидкість видалення матеріалу (MRR) і сили різання. Запропоновано прикладну програму, яка автоматизує розрахунки та візуалізує процес обробки контуру. Програма надає можливість прогнозувати характеристики різання, аналізувати ефективність різних режимів і створювати дані для подальшої стабілізації процесу різання за критерієм швидкості видалення матеріалу (MRR) та оптимізації процесу обробки. У третьому розділі розроблено алгоритм управління режимом різання, який забезпечує стабілізацію процесу контурного фрезерування на верстатах з ЧПК за критерієм швидкості видалення матеріалу (MRR). Наведений алгоритм передбачає управління подачею, що дає змогу створити стабільні умови різання. На основі алгоритму створено прикладну програму, яка генерує управляючі програми G-кодів із можливістю дискретизації та адаптації до умов обробки. Представлено моделювання процесу контурного фрезерування за різними стратегіями управління, зокрема SolidCAM і більш просунутим модулем iMachining, а також управлінням подачею за розробленим алгоритмом. Результати експериментальних досліджень на верстаті ЧПК HAAS TM-0P,зі встановленим багатокомпонентним тензометричним датчиком, засвідчили ефективність нового підходу до управління процесом контурного фрезерування. Порівняно з програмою від SolidCAM та системою iMachining, розроблена стратегія управління подачею, орієнтована на стабілізацію швидкості видалення матеріалу (MRR), суттєво скорочує час операції. У четвертому розділі представлено результати оптимізації процесу контурного фрезерування на верстатах з ЧПК. Сформульовано задачу оптимізації, яка передбачає мінімізацію часу обробки при дотриманні технологічних та конструктивних обмежень. Представлено розроблену математичну модель, яка описує взаємозв’язки між компонентами режиму різання та його впливом на різні параметри процесу обробки та показники якості поверхневого шару обробленої поверхні. Наведено створену прикладну програму, яка автоматизує процес вибору оптимального режиму різання. Результати експериментальних досліджень підтвердили адекватність математичної моделі сформульованої задачі оптимізації. Доведено, що нове оптимізоване управління суттєво скоротило цикл процесу контурного фрезерування порівняно з рішеннями SolidCAM, iMachining та управлінням для стабілізації швидкості видалення матеріалу. Продемонстровано можливість практичного впровадження розробленого підходу для прогнозування та вибору оптимальних режимів різання.Документ Відкритий доступ Усунення вібрацій при кінцевому фрезеруванні на верстатах з ЧПК(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Сікайло, Максим Олександрович; Петраков, Юрій ВолодимировичСікайло М.О. Усунення вібрацій при контурному фрезеруванні на верстатах з ЧПК. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми виникнення вібрацій при фрезеруванні кінцевими фрезами на верстатах з ЧПК. Існують пасивні та активні методи зменшення вібрацій в процесі фрезерування, але вони потребують втручання в конструкцію верстату та/або інструменту, що є вартісним і неуніверсальним. Також ефект зменшення вібрацій можна досягти за рахунок вибору «безвібраційних» режимів різання, які можна зобразити на пелюстковій діаграмі сталості. Це стало можливим завдяки широкому використанню верстатів з ЧПК та сучасних інструментальних матеріалів, що дозволяє сподіватися на значну ефективність від впровадження такого підходу для більшості процесів різання. На виробництві такий режим найчастіше знаходять експериментальним методом проб і помилок. Визначити «безвібраційний» режим різання попередньо, на етапі підготовки управляючої програми, можливо за діаграмою сталості. Проте, для вирішення такої проблеми і досі не створено простих дієвих способів і комп’ютерних засобів, які можуть бути використані безпосередньо на виробництві. Існують декілька методів створення діаграми сталості, однак з причини відсутності загальної моделі про процес різання з урахування зворотних зав’язків в пружній ТОС втрачається адекватність представлення процесу. Експериментальний метод є більш точним, але він неуніверсальний, бо використовується для конкретного верстату, заготовки та інструменту. Для ідентифікації таких режимів різання був створений програмний застосунок, який в автоматичному режимі будує діаграму сталості процесу фрезерування. В програмний застосунок покладена розроблена математична модель процесу кінцевого фрезерування 4-го порядку, що враховує замкненість пружної динамічної системи у вигляді одномасової з двома степенями свободи і додатково замкненої через позитивний зворотний зв'язок за двома координатами через функцію запізнення. Визначення границі сталості відбувається за новим критерієм сталості Найквіста. Моделювання процесу відбувається як в часовому, так і в частотному просторі. Запропонована методика та апаратні засоби для ідентифікації динамічних характеристик технологічної обробляючої системи, а саме: частоти власних коливань, жорсткості та коефіцієнту затухання коливань. Для апробації отриманих результатів був проведений експеримент, який складається з двох етапів. На першому етапі були ідентифіковані динамічні параметри системи верстат-заготовка-інструмент, та автоматично побудована діаграма сталості. На другому етапі були оброблені заготовки на режимах різання, які відповідають отриманій діаграмі сталості. Результати показали дієвість нового критерію сталості Найквіста, та отриманої діаграми сталості. Зміст роботи складається з п’яти розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі наведена загальна характеристика роботи, обґрунтовано актуальність теми дослідження, розкритий зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами, сформульована мета, завдання, об’єкт та предмет дослідження, вказана наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, визначений особистий внесок здобувача, наведені дані про апробацію, публікації, структуру та обсяг роботи. У першому розділі описаний процес фрезерування кінцевими фрезами, наведені причини поширеного застосування даного методу лезового оброблення. Наведена системна класифікація вібрацій які виникають в технологічній оброблюваній системі, причини їх виникнення і негативні наслідки, які вони спричиняють. Сформульована актуальність дослідження питання усунення вібрацій при контурному фрезерування на верстатах з ЧПК. Проведено огляд та аналіз методів усунення вібрацій при лезовому обробленні, такі як активні та пасивні методи. Розглянуто існуючі методи побудови діаграми сталості, побудова якої дозволяє вибрати «безвібраційні» режими різання. Вказано на недоліки та переваги кожного з методів. Описано параметри, необхідні для побудови діаграми сталості. Вказано що основним чинником виникнення вібрацій є оброблення «за слідом». Виходячи з результатів аналізу літератури була сформульована мета і задачі досліджень. У другому розділі наведений детальний опис математичної моделі. Розроблена математична модель, яка представляє динамічну обробну систему як одномасову з двома степенями свободи, що охоплена негативними зворотними зв’язками за напрямом двох координат. Оброблення за слідом представлене у вигляді позитивних зворотних зв’язків з функцією запізнення в кожному. Математична модель представлена у формі змінних стану, що дозволяє застосувати чисельні методи моделювання для визначення як перехідних, так і частотних характеристик. Представлені розрахункові схеми та структурні схеми. У третьому розділі детально описано створену прикладну програму, яка моделює процес фрезерування кінцевими фрезами у часовому та частотному просторі. Також вона автоматично будує пелюсткову діаграму сталості. Програма враховує частоту власних коливань по кожній осі, коефіцієнт затухання коливань, жорсткість по осям, ширину різання, діаметр фрези та кількість зубів, також параметри заготовки у вигляді коефіцієнтів різання. Описаний новий критерій сталості Найквіста для процесу фрезерування кінцевими фрезами, та створений алгоритм автоматичної побудови діаграми сталості. Дієвість нового критерію сталості Найквіста підтверджена за допомогою моделювання процесу фрезерування для різних варіацій ТОС у часовому та частотному просторі. У четвертому розділі проведений огляд апаратних засобів які використовуються для визначення динамічних характеристик ТОС. А саме, визначення жорсткості та частотної характеристики. Створена вимірювальна система для фіксації силових характеристик ТОС, описані основні параметри та схеми підключення. Система складається з підсилювачів, багатокомпонентного динамометра, спеціального програмного засобу який дозволяє фіксувати силові характеристики. Запропоновані та апробовані на практиці схеми наладки для вимірювання жорсткості та знаходження частоти власних коливань ТОС. Вони дозволяють оперативно визначити динамічні параметри конкретної оброблюваної системи на підприємстві, що дозволяє технологу-оператору верстату автоматично побудувати діаграму сталості саме для його варіанту оброблення. Експериментальним методом знайдені динамічні параметри вертикально-фрезерного верстату мод. 6М13, обробляючого центру з ЧПУ XYZ VMC 1010. У п’ятому розділі представлена побудована діаграма сталості для обробляючого центру з ЧПУ XYZ VMC 1010. Вибрані режими різання та інструмент для проведення експерименту з фрезерування на верстаті. Адекватність отриманих результатів підтверджена як комп’ютерним моделюванням, так і натурним експериментом фрезерування при режимах різання, які потрапляють в область сталості та несталості на графіку SLD. Оцінка рівня вібрацій в системі виконувалась за профілографами шорсткості оброблених на різних режимах поверхонь.