Оптимізація процесу контурного фрезеруванні на верстатах з ЧПК

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПетраков, Юрій Володимирович
dc.contributor.authorМигович, Артур Володимирович
dc.date.accessioned2025-06-23T11:51:36Z
dc.date.available2025-06-23T11:51:36Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractМигович 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.
dc.description.abstractotherMyhovych A.V. Optimization of the contour milling machining on CNC machines. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in speciality 131 - Applied Mechanics - National Technical University of Ukraine ‘Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute’, Kyiv, 2025. The dissertation is devoted to the optimisation of the contour milling process on CNC machines with regard to technological and design constraints. A mathematical model describing the interaction of the tool and workpiece, as well as methods for controlling the cutting mode, are proposed, which allow determining the optimal parameters taking into account all the necessary constraints and stabilising the parameters of the cutting process. The developed software automates the selection of optimal parameters, increasing productivity while maintaining process stability. Experimental studies have confirmed the effectiveness of the approach, providing a significant reduction in machining time even with complex contours. This thesis consists of four chapters, in which the main results of the thesis are presented and substantiated. The introduction presents a general description of the study, substantiates its relevance, and reveals the connection with scientific programmes, plans and topics. The aim and objectives of the work are formulated, the object and subject of the study are defined, the scientific novelty and practical significance of the results obtained are presented. The personal contribution of the applicant is highlighted separately, as well as information on testing, publications, structure and scope of the work. The first chapter provides a detailed analysis of the contour milling process, which is used to form complex geometric surfaces in various industries. The methods of controlling the cutting process based on a priori, current and a posteriori data are analysed. Methods for stabilising cutting characteristics, such as material removal rate (MRR), cutting force and cutting power, are considered, and their advantages and limitations are presented. An analysis of modern CAM systems and their modules that automate the process of contour milling, such as iMachining, Dynamic Motion, and others, is carried out. Their limitations in stabilising and optimising the cutting process have been identified, which substantiates the need for further research. Based on the literature review, the aim and objectives of the study aimed at optimising the process of contour milling on CNC machines are formulated. The second chapter describes the mathematical apparatus and algorithms for creating digital arrays that describe the shaping trajectories, contours of the workpiece and part and are a prerequisite for further modelling the contour milling process. The paper presents the developed mathematical model of the contour milling process, which allows modelling key cutting characteristics, in particular, material removal rate (MRR) and cutting forces. An application program that automates calculations and visualises the contour milling process is proposed. The programme makes it possible to predict cutting characteristics, analyse the effectiveness of different modes and generate data for further stabilisation of the cutting process in terms of material removal rate (MRR) and optimisation of the machining process. In the third chapter, we develop a cutting mode control algorithm that ensures the stabilisation of the contour milling process on CNC machines according to the material removal rate (MRR) criterion. The algorithm provides for feed control, which makes it possible to create stable cutting conditions. Based on the algorithm, an application program has been created that generates G-code control programs with the ability to discretise and adapt to machining conditions. The article presents the modelling of the contour milling process using various control strategies, including SolidCAM and the more advanced iMachining module, which also controls the feed according to the developed algorithm. The results of experimental studies on a HAAS TM-0P CNC machine with a multi-component strain gauge have shown the effectiveness of the new approach to controlling the contour milling process. Compared to the SolidCAM program and the iMachining system, the developed feed control strategy, focused on stabilising the material removal rate (MRR), significantly reduces the operation time. Chapter 4 presents the results of optimising the contour milling process on CNC machines. The optimisation problem is formulated, which involves minimising the machining time while observing technological and design constraints. The developed mathematical model describing the relationships between the components of the cutting mode and its impact on various parameters of the machining process and the quality of the surface is presented. The developed application program that automates the process of selecting the optimal cutting mode is presented. The results of experimental studies have confirmed the adequacy of the mathematical model of the formulated optimisation problem. It is proved that the new optimised control has significantly reduced the cycle of the contour milling process compared to SolidCAM, iMachining and material removal rate (MRR) control solutions. The possibility of practical implementation of the developed approach for prediction and selection of optimal cutting modes is demonstrated.
dc.format.extent142 с.
dc.identifier.citationМигович, А. В. Оптимізація процесу контурного фрезеруванні на верстатах з ЧПК : дис. … д-ра філософії : 131 – Прикладна механіка / Мигович Артур Володимирович. – Київ, 2025. – 142 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/74374
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectконтурне фрезерування
dc.subjectкінцеве фрезерування
dc.subjectпрограмування верстатів з ЧПК
dc.subjectуправляюча програма
dc.subjectматематична модель
dc.subjectрежими різання
dc.subjectподача
dc.subjectшвидкість різання
dc.subjectпроцеси оброблення різанням
dc.subjectмоделювання процесу різання
dc.subjectоптимізація параметрів процесу різання
dc.subjectшорсткість поверхні
dc.subjectcontour milling
dc.subjectend milling
dc.subjectCNC machine programming
dc.subjectCNC program
dc.subjectmathematical model
dc.subjectcutting modes
dc.subjectfeed rate
dc.subjectcutting speed
dc.subjectmachining processes
dc.subjectcutting process simulation
dc.subjectoptimization of cutting parameters
dc.subjectsurface roughness
dc.subject.udc621.914.01-52-048.34(043.3)
dc.titleОптимізація процесу контурного фрезеруванні на верстатах з ЧПК
dc.title.alternativeOptimization of the contour milling machining on CNC machines
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Myhovych_dys.pdf
Розмір:
5.7 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ТМ)
Дисертації (вільний доступ)