Метод операционного контроля режущего инструмента и обрабатываемых заготовок в условиях гибких производственных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Басова Татьяна Владимировна

• Басова Татьяна Владимировна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Басова Татьяна Владимировна

Реферат

Synopsis

Введение

ГЛАВА 1. Методы и средства обеспечения работоспособного состояния технологических систем

1.1 Основные факторы, влияющие на качество изготовления деталей на оборудовании с ЧПУ

1.2 Методы автоматизации проектирования технологии обработки на станках с ЧПУ

1.2.1 Шаблоны разработки УП

1.2.2 Назначение режимов резания при разработке УП

1.2.3 Передача и хранение данных о режущих инструментах на этапах технологической подготовки производства

1.2.4 Анализ международных стандартов представления информации для описания режущего инструмента

1.2.5 Автоматизация назначения режущих и вспомогательных инструментов ... 121 1.3. Влияние износа режущего инструмента на точность механической обработки

и методы его определения

1.4 Методы определения технического состояния режущего инструмента

1.5. Средства технического диагностирования и контроля режущего инструмента и заготовок на станках с ЧПУ

1.5.1 Системы технического диагностирования и контроля

1.5.2 Программирование систем технического диагностирования и контроля

режущего инструмента

1.6 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. Метод операционного контроля режущего инструмента и

обрабатываемых заготовок

2.1 Сущность метода операционного контроля режущего инструмента и обрабатываемых заготовок

2.2 Подготовка исходных данных для реализации метода операционного контроля режущего инструмента и обрабатываемых заготовок

2.2.1 Алгоритм формирования основных технологических переходов управляющей программы

2.2.2 Алгоритм формирования кадров управляющих программ, регламентирующих определение нулевой точки заготовки

2.2.3 Алгоритм формирования кадров УП, регламентирующих измерение заготовки

2.2.4 Алгоритм формирования кадров управляющих программ, регламентирующих измерение режущих инструментов

2.2.5 Получение управляющей программы

2.3 Функционирование оборудования с ЧПУ по существующим алгоритмам определения геометрических размеров контролируемых объектов

2.4 Реализация метода операционного контроля режущего инструмента и обрабатываемых заготовок

2.5 Измерение и контроль инструментальной наладки в начале технологического перехода

2.5.1 Подалгоритм вызова инструментальной наладки

2.5.2 Подалгоритм измерения геометрических размеров инструментальной наладки в начале технологического перехода

2.5.3 Подалгоритм обработки результатов измерений инструментальной наладки в начале технологического перехода

2.6 Измерение и контроль инструментальной наладки в конце технологического перехода

2.6.1 Подалгоритм измерения и контроля геометрических размеров инструментальной наладки в конце технологического перехода

2.6.2 Подалгоритм обработки результатов измерений инструментальной наладки в конце технологического перехода

2.7 Контроль и измерение заготовки

2.8 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 Разработка базы данных параметров режущих и вспомогательных

инструментов

3.1. Технические требования по разработке базы данных параметров режущих и вспомогательных инструментов

3.1.1 Формат представления информации о режущем инструменте в соответствии с Generic Tool Catalog

3.1.2 Формирование набора атрибутов режущих и вспомогательных инструментов

3.1.3 Определение структуры базы данных параметров режущих и вспомогательных инструментов

3.1.4 Выбор пользовательского интерфейса для разработки и ведения базы данных параметров режущих и вспомогательных инструментов

3.1.5 Разработка инструкций по ведению БД

3.1.6 Объекты базы данных параметров режущих и вспомогательных инструментов

3.1.7 Выбор режущего и вспомогательного инструмента, а также его параметрическое представление

3.2 Применение базы данных параметров режущих и вспомогательных инструментов для формирования кода управлявших программ

3.2.1 Алгоритм формирования кода управляющих программ для оборудования с ЧПУ

3.2.2 Влияние значений параметров циклов измерений систем технического диагностирования и контроля на результаты измерений наблюдаемых объектов

3.2.3 Математические зависимости между параметрами циклов измерения режущего инструмента и атрибутами режущих и вспомогательных инструментов в базе данных

3.2.4 Разработка постпроцессора и его апробация

3.3 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. Разработка методики прогнозирования технического состояния РИ и экспериментальная апробация

4.1 Реализация методики прогнозирования технического состояния режущего инструмента

4.1.1 Алгоритм разработки прогнозных моделей износа режущего инструмента

4.1.2 Прогнозирование потребности в режущем инструменте

4.2 Экспериментальная апробация

4.3. Обработка экспериментальных данных и разработка прогнозных моделей износа режущего инструмента

4.4 Вычисление количественной потребности в режущем инструменте

4.5 Определение вероятности безотказной работы технологической системы

4.6 Сокращение трудоемкости выполнения процессов технологической подготовки производства и изготовления деталей

4.7 Выводы по четвертой главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список определений

Список использованных источников

Приложение А - Сравнение атрибутов пакетов ОТО

Приложение Б - Набор атрибутов для формирования базы данных

Приложение В - Математические зависимости между параметрами циклов

измерения и атрибутами в базе данных

Приложение Г - Файлы постпроцессора

Приложение Д - Акты внедрения

Приложение Е - Технические характеристики оборудования с ЧПУ участка ГПС

Приложение Ж - Чертежи детали-представителя

Приложение З - Основные свойства и понятия объектов базы данных

Приложение И - Код УП для оборудования с ЧПУ

Приложение К - Фрагмент отчета, формируемый на оборудовании с ЧПУ

Приложение Л - Программа на Python для обработки отчета, сформированного

оборудованием с ЧПУ

Приложение М - Полученные экспериментальные данные

Приложение Н - Программа на Python для разработки прогнозной модели износа

режущего инструмента

Приложение О - Результаты выполнения эксперимента

Приложение П - Свидетельства о регистрации интеллектуальной деятельности

Приложение Р - Тексты публикаций

507

Реферат

Общая характеристика диссертации

Актуальность работы и степень ее разработанности. Прогресс в подавляющей части направлений точных, технических и естественных наук был бы невозможен без наличия специальных приборов контроля, измерения, управления, а также обработки и анализа информации. Перечисленные типы приборов, состоят из деталей, точность изготовления которых является ключевой характеристикой их качества. В свою очередь, под качеством изготовления детали подразумеваются такие показатели, как: механические характеристики, точность размеров, геометрической формы, взаимного расположения поверхностей и шероховатость поверхностей деталей.

Дополнительные динамические нагрузки и вибрации, приводящие к сбоям приборов, могут образовываться вследствие недостаточной точности изготовления деталей. Поэтому, для обеспечения требуемой долговечности и надежности эксплуатации механизмов и приборов, существует постоянная тенденция к повышению точности изготовления деталей и сборочных единиц. В связи с этим, повышение автоматизации производства для обеспечения качества и производительности изготовления деталей и сборочных единиц отраслей приборостроения и машиностроения, является одним из приоритетных направлений развития страны [8].

Согласно анализу статистических данных, представленному в «Стратегии развития станкоинструментальной промышленности до 2035 года» [1, 2], наблюдается четкая тенденция к повышению уровня автоматизации технологической подготовки производства (ТПП) и самого производственного процесса. Это направлено на обеспечение требований как к параметрам качества, так и к производительности при изготовлении деталей. Данная тенденция приводит к увеличению спроса на многофункциональное автоматизированное оборудование с установленными системами технического диагностирования и контроля (СТДиК), а также повышению потребности в проектировании и применении

гибких производственных систем (ГПС), и как следствие, вызывает необходимость разработки методов, направленных на поддержание работоспособного состояния технологических систем (ТС) [3-5].

Современные ТС характеризуются как комплексностью выполняемых функций, так и ответственностью решаемых задач. Непрерывное совершенствование ТС неизбежно выдвигает на первый план проблему поддержания требуемых значений показателей надежности ТС. Надежность ТС в данном контексте определяется как способность системы механической обработки соответствовать требованиям по качеству и производительности в установленные сроки [6]. Вопрос поддержания работоспособного состояния ТС особенно важен при рассмотрении ГПС в связи с исключением персонала, который осуществляет контроль выполнения технологической операции [6, 7].

Поддержание работоспособного состояния ТС, включая ГПС, является важной темой в научной литературе. Вопросами надежности ТС занимались как отечественные, так и зарубежные исследователи, такие как Мартинов Г. М., Григорьев С. Н., Веккенманн А., Голуб М., Иващенко А. П., и др. [18-40]. На работоспособность ТС влияют различные факторы [9-16], включая техническое состояние режущего инструмента (РИ), характеристики оборудования ТС, достоверность данных об объектах ТС, технология производства, условия эксплуатации и управляющая программу для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). Техническое состояние РИ является особенно важным, так как оно определяется совокупностью свойств, изменяющихся в процессе эксплуатации, и измеряется, в частности, уровнем износа РИ [14, 15].

Износ РИ существенно влияет на работоспособность ТС, что подчеркивает необходимость управления информацией о текущем состоянии и интенсивности износа инструмента [17]. Для поддержания работоспособности ТС используются методики прогнозирования технического состояния РИ и его стойкости, учитывающие многофакторность процессов механической обработки. Период стойкости РИ определяется как время работы нового или восстановленного инструмента до отказа [41].

Многие существующие методы и методики, направленные на поддержание работоспособного состояния ТС, предполагают использование сложной аппаратуры. Апробация таких методов в условиях действующего производства требует значительных затрат как на изготовление, так и на обслуживание оборудования, что затрудняет их внедрение [13, 38 - 40]. Для снижения вероятности производственного брака дополнительно перед наладкой ТС или через определенные промежутки времени выполняется контроль заготовок или РИ. Это позволяет корректировать влияние выявленных погрешностей механической обработки на качество обработки последующих заготовок [17]. Проверка технического состояния РИ и качества заготовок может осуществляться как на станке с ЧПУ, так и вне его с использованием различных измерительных инструментов и датчиков, а также координатно-измерительных машин. Применение ручного измерительного инструмента позволяет выполнять контроль, однако такой метод в условиях производства является трудоемким и может сопровождаться неточными результатами измерений. Более того, контроль заготовок и деталей с помощью оборудования, не встроенного в ТС, осложняется необходимостью поддержания условий эксплуатации измерительных приборов и транспортировки контролируемых объектов.

В связи с этим перспективным решением является разработка более простых в реализации методов, основанных на использовании СТДиК РИ и заготовок, широко распространенных на оборудовании с ЧПУ. Применение таких систем, размещенных в рабочей зоне технологического оборудования, автоматизирует производственные процессы и способствует поддержанию работоспособного состояния ТС с минимизацией перемещений РИ и заготовок. Однако существующие СТДиК имеют ряд недостатков. Например, как отмечено в исследованиях отечественных авторов [31-33], возможны сбои в их работе из-за стружки, вибраций, механических повреждений и других факторов. Алгоритмы функционирования СТДиК мало адаптируются к конкретным производственным потребностям, и по умолчанию не предусматривают операционный контроль РИ и заготовок [23, 31, 42]. Исходные алгоритмы этих систем не обеспечивают полной

автономности работы ТС. Применение только одного типа датчика ограничивает получение объективных и достоверных данных о состоянии ТС. Кроме того, для работы СТДиК требуются кадры управляющей программы (УП), называемые циклами измерения, для программирования параметров которых необходимо собирать и обрабатывать данные о контролируемых заготовках и/или РИ, а также осуществлять ручной ввод данных.

Для программирования оборудования с ЧПУ, также, как и при разработке технологических процессов (ТП), необходимо выполнять анализ данных о РИ из различных источников, в основном, каталогах производителей режущих и вспомогательных инструментов. Описание продуктов в каталогах производителей режущих и вспомогательных инструментов часто не регламентируются единым информационным стандартом в части параметризации [43]. Отсутствие стандартизированного описания данных о РИ и унифицированных баз данных (БД) параметров режущих и вспомогательных инструментов приводит к необходимости значительных ручных операций по обработке данных, что, в свою очередь, снижает эффективность деловой коммуникации как внутри производственных предприятий, так и со сторонними участниками цифровой коммуникации [44]. Ошибки в коде управляющей программы (УП), например, в циклах измерений РИ, а также ошибки при сборке РИ могут приводить к простоям и материальному ущербу, выражающемуся в порче заготовок и РИ, а также в поломке дорогостоящего оборудования ТС [25].

В связи с вышеизложенным, разработки, направленные на создание метода операционного контроля РИ и заготовок, обеспечивающего автономную работу ТС посредством мультисенсорного объединения данных об изменении геометрических параметров РИ и заготовок с автоматизацией программирования и управления информацией о РИ, являются актуальными и своевременными. Более того, результаты измерений геометрических параметров РИ, полученные в рамках метода операционного контроля РИ и заготовок, могут использоваться в качестве исходных данных для методики прогнозирования технического состояния РИ. Предлагаемая методика прогнозирования технического состояния РИ

предполагает автоматизированное непрерывное прогнозирование периода стойкости РИ в условиях ГПС и передачу этого значения в систему хранения данных ЧПУ для последующей корректировки условий проверки достаточности оставшегося ресурса РИ для выполнения технологического перехода. Эта методика также должна регламентировать вычисление количественной потребности в РИ для обработки партии заготовок, что способствует эффективному управлению производственными ресурсами. Все перечисленные аспекты обладают как научной новизной, так и практической значимостью.

Цель работы - обеспечение качества изготовления деталей в условиях ГПС за счет разработки и внедрения метода операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок.

Задачи исследования:

- Провести аналитический обзор существующих научных и практических достижений в области обеспечения работоспособного состояния технологической системы.

- Разработать метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок в условиях ГПС, основанного на мультисенсорном объединении данных, полученных от СТДиК.

- Разработать БД параметров режущих и вспомогательных инструментов.

- Разработать методику прогнозирования технического состояния РИ, обеспечивающую работоспособное состояние ТС по параметрам качества изготавливаемых деталей.

- Провести экспериментальную апробацию разработанных метода и методики.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод операционного контроля режущего инструмента и обрабатываемых заготовок в условиях гибких производственных систем»

Научная значимость работы:

- Предложен метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок, основанный на мультисенсорном объединении данных, полученных от СТДиК РИ и обрабатываемой заготовки, отличающийся от существующих адаптацией кода управляющих программ для оборудования с ЧПУ на величину выявленных погрешностей обработки за счет новых алгоритмов обработки

результатов измерений, а также отличающийся автоматизацией формирования кода УП при помощи структурированных данных о параметрах режущих и вспомогательных инструментов из разработанной унифицированной БД.

- Предложены математические зависимости для вычисления значений параметров УП, применение которых обеспечивает прецизионность результатов измерений РИ СТДиК, а также ее бесперебойную работу.

- Разработаны прогнозные модели износа РИ и алгоритмы функционирования СТДиК, позволяющие обеспечить автономную работу ТС.

Теоретическая значимость работы заключается в разработанном методе операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок, применение которого позволяет обеспечивать качество изготовления деталей в условиях ГПС. Практическая значимость работы:

- Использование в совокупности разработанных метода операционного контроля РИ и обрабатываемой заготовки, а также БД параметров режущих и вспомогательных инструментов, позволяет определять геометрические размеры РИ и заготовки, применяемых при токарной и фрезерной обработке на станках с ЧПУ, с точностью до 7-го квалитета.

- Внедрение методики прогнозирования технического состояния РИ позволило уменьшить производственные простои не менее чем на 60% при изготовлении деталей с точностью до 7-го квалитета в автономном режиме работы ГПС, а также позволило исключить производственный брак участка станков с ЧПУ АО «Обуховский завод».

- Применение предложенных БД параметров режущих и вспомогательных инструментов на этапе ТПП позволило сократить время, затрачиваемое на выбор РИ и вспомогательного инструмента на 70%, а также на 10% время разработки УП для участка станков с ЧПУ АО «Обуховский завод».

- Применение разработанной прогнозной модели износа РИ, на основании данных от СТДиК, позволяет обеспечивать работоспособное состояние автономной ТС по параметрам качества изготавливаемых деталей.

Методы исследования: в ходе исследования применялась методология, включающая системный анализ, теорию резания, теорию приборостроения, методы идентификации и планирования эксперимента, а также математическую статистику. Разработка методики прогнозирования ресурса была выполнена с применением методов теории надежности и метрологии. Экспериментальные исследования проводились в современных лабораториях с использованием высокоточных измерительных средств и промышленного оборудования. Анализ полученных данных осуществлялся с применением методов математической статистики в программной среде Excel, методов машинного обучения на языке программирования Python. Данные о РИ были представлены в соответствии с международным стандартом ISO 13399.

Соответствие паспорту специальности: работа соответствует п. 2, 6 и 7 области исследований паспорта специальности 2.2.9 — «Проектирование и технология приборостроения и радиоэлектронной аппаратуры»:

п. 2 Разработка новых и совершенствование существующих функциональных, физических, физико-технологических, физико-химических, математических моделей материалов, приборов, систем контроля и диагностирования, радиоэлектронной аппаратуры, технологических процессов их изготовления, соответствующего технологического оборудования, базирующихся на новых физических, физико-технологических и физико-химических принципах, с учётом решения вопросов обеспечения их эффективного применения, надежности, стойкости к внешним воздействующим факторам и экологической безопасности окружающей среды, способных стать базой алгоритмического и программно-технического обеспечения проектирования, возможности его автоматизации и внедрения в цифровые информационные технологии.

п. 6 Разработка и внедрение новых методов и средств механизации, автоматизации, роботизации и цифровизации приборостроительного производства, обеспечивающих повышение производительности, снижение трудоемкости и повышение экономичности производства с учётом решения

вопросов обеспечения надежности, экологической безопасности окружающей среды и возможности внедрения в цифровые информационные технологии.

п. 7 Разработка методик и аппаратуры для технической диагностики, прогнозирования работоспособности, оценки ресурса приборов и технологических систем с учётом решения вопросов обеспечения их эффективного применения, экологической безопасности окружающей среды и возможности внедрения в цифровые информационные технологии.

Положения, выносимые на защиту:

- Разработанный метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок, основанный на мультисенсорном объединении данных от СТДиК, позволяет обеспечить работоспособное состояние ТС, как по параметрам производительности, так и по параметрам качества изготовления деталей до 7-го квалитета.

- Разработанные алгоритмы обработки результатов измерений РИ и заготовки/детали, обеспечивают в автоматическом режиме изготовление заготовок/деталей с точностью до 7-го квалитета, а также автономную работу ТС.

- Прогнозная модель износа РИ позволяет обеспечивать работоспособное состояние ТС в течение заданного времени.

Достоверность научных достижений:

Достоверность подтверждается согласованностью выполненного аналитического обзора и теоретических расчетов с полученными результатами экспериментальных исследований, а также патентами и публикациями в рецензируемых научных журналах. Практическая значимость подтверждается промышленной апробацией результатов диссертационного исследования на предприятии, что подтверждено соответствующим актом внедрения в производственный процесс АО «Обуховский завод» (приложение Д). Также научная новизна подтверждается актом об использовании результатов настоящего диссертационного исследования в учебном процессе научно-образовательного центра акционерного общества «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз-Антей» - «Обуховский завод» (приложение Д). Диссертационные

исследования выполнены при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям по программам «УМНИК» (договор №17984ГУ/2022 от 26.05.2022) и «Студенческий стартап» (договор №1561ГССС15-Ь/88044 от 11.09.2023).

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. XIII Конгресс молодых ученых ИТМО (КМУ 2024), г. Санкт-Петербург (08.04.2024 - 11.04.2024).

2. International Russian Smart Industry Conference (SmartIndustry Con 2024), г. Сочи (25.03.2024 -29.03.2024).

3. XXVI конференция молодых ученых "Навигация и управление движением" с международным участием 19-22 Марта 2024 г, Санкт-Петербург (19.03.2024 -22.03.2024).

4. XLIII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (29.01.2024 -02.02.2024).

5. The International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon 2023), г.Магнитогорск (29.09.2023 -01.10.2023)

6. International Russian Automation Conference (RusAutoCon 2023), г. Сочи (10.09.2023 - 16.09.2023).

7. XII Конгресс молодых ученых ИТМО, г. Санкт-Петербург (03.04.2023 - 06.04.2023).

8. Юбилейная XXV конференция молодых ученых с международным участием «Навигация и управление движением» (XXV КМУ 2023), г. Санкт-Петербург (21.03.2023 - 24.03.2023).

9. LII-ая Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (ППС), г. Санкт-Петербург (31.01.2023 - 03.02.2023).

10. The International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon 2022), г. Челябинск (23.09.2022 - 25.09.2022)

11. XI Конгресс молодых ученых, г. Санкт-Петербург (04.04.2022 -08.04.2022)

12. Пятьдесят первая научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, г. Санкт-Петербург (02.02.2022-05.02.2022)

13. 20-я Международная конференция «Авиация и космонавтика», г. Москва (22.11.2021- 26.11.2021)

14. VIII Международная научно-практическая конференция «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2021», г. Санкт-Петербург (22.04.2021- 23.04.2021)

15. X Конгресс молодых ученых университет ИТМО, г. Санкт-Петербург (14.04.2021 - 17.04.2021)

16. III Международный форум Метрологическое обеспечение инновационных технологий, г. Санкт-Петербург (04.03.2021-04.03.2021)

17. Ь научная и учебно- методическая конференция ППС, аспирантов и магистрантов университета ИТМО, г. Санкт-Петербург (01.02.2021-04.02.2021)

18. XII Международная научно-практическая конференция «Программная инженерия и компьютерная техника» Майоровские чтения 2020 XII, г. Санкт-Петербург (10.12.2020-11.12.2020)

19. XIII Научно-практическая конференция «Инновационные технологии и технические средства специального назначения», г. Санкт-Петербург (17.11.2020-18.11.2020)

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач теоретических и экспериментальных исследований, формулировке научных положений, планировании, проведении и обработке результатов экспериментов. Автор разработал метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок, методику прогнозирования технического состояния РИ, а также БД параметров режущих и вспомогательных инструментов. Все приведенные в работе алгоритмы и результаты экспериментальных исследований были разработаны и получены лично соискателем либо при его непосредственном участии.

Автор выражает благодарность сотрудникам акционерного общества «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз-Антей» -«Обуховский завод», научно-образовательного центра акционерного общества «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО «Алмаз-Антей» -«Обуховский завод», ПАО «Техприбор».

Публикации по теме диссертации:

Основные результаты по теме диссертации изложены в 16 публикациях. Из них 3 изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 4 опубликованы в изданиях, индексируемых в базе цитирования Scopus и WoS.

В международных изданиях, индексируемых в базе данных Scopus:

1. Basоva T.V., Andreev Y.S. Maintenance of operable condition of a flexible production system through the development and implementation of a method for cutting tools and workpieces operational control // 2024 International Russian Smart Industry Conference (SmartlndustryCon) - 2024, pp. 488-493

2. Basova T., Andreev Y.S. The Cutting Tool Technical State Forecasting During the Technological Production Preparation Stages//2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 2023, pp. 106-110

3. Basоva T.V., Andreev Y.S., Basova M.V. The development of the cutting tools and toolholders parameters unified database//2023 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 2023, pp. 144-148

4. Basova T.V., Andreev Y.S., Basova M.V. The Development of Cutting Tools Active Control Methodology for Numerical Control Milling Machines//2022 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 2022, pp. 108-112

В изданиях из списка ВАК РФ:

1. Андреев Ю.С., Басова Т.В. Разработка метода технического диагностирования режущего инструмента на этапах технологической подготовки производства // Приборы - 2024. - № 1(283). - С. 17-25

2. Басова Т.В., Андреев Ю.С., Басова М.В. Методика операционного контроля ротационного режущего инструмента на станках с числовым

программным управлением // Известия высших учебных заведений. Приборостроение - 2023. - Т. 66. - № 1. - С. 56-65

3. Басова Т.В., Басова М.В. Унификация представления данных о режущем инструменте // Современные наукоёмкие технологии - 2021. - № 9. - С. 24-30

В прочих изданиях:

1. Басова Т.В. Разработка и внедрение циклов измерений заготовок и режущего инструмента на оборудовании с ЧПУ // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО -2023. - Т. 1. -С. 22-25

2. Басова Т.В. Разработка базы данных параметров режущего и вспомогательного инструмента // Сборник трудов XII Конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 3-6 апреля 2023 г.) -2023. - Т. 3. - С. 139-143

3. Басова Т.В. Разработка методики активного контроля режущего инструмента на станках с ЧПУ в условиях безлюдного производства // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО -2022. - Т. 2. - С. 12-14

4. Басова Т.В. Автоматизация размерного контроля резьбовых фрез в условиях непрерывного производства // Метрологическое обеспечение инновационных технологий: материалы III Международного форума (Санкт-Петербург, 4марта 2021г.) -2021. - С. 48

5. Басова Т.В. Создание инструментальных библиотек в CAM-системах // Сборник трудов X Конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 14-17 апреля 2021 г.) -2021. - Т. 1. - С. 23-26

6. Басова Т.В. Разработка методики активного контроля резьбовых фрез на станке с ЧПУ // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО -2021. - Т. 2. - С. 45-47

7. Басова Т.В., Мельнов Н.И. Проблема обеспечения точности при бесконтактном измерении режущего инструмента и ее влияние на качество изготовления корпусов спецназначения // Инновационные технологии и технические средства специального назначения: труды XIII общероссийской

научно-практической конференции (Санкт-Петербург, 16-20ноября 2020г.) -2021. -Т. 1.- С. 41-47

8. Басова Т.В., Андреев Ю.С., Васильков Д.В., Басова М.В. Обеспечение эффективной работы FMS-участка изготовления корпусных деталей гидравлических систем // Метрологическое обеспечение инновационных технологий: материалы III Международного форума (Санкт-Петербург, 4марта 2021г.) -2021. - С. 453-454

9. Басова Т. В., Андреев Ю. С., Басова М. В. Активный контроль резьбовых фрез на станке с ЧПУ при помощи бесконтактных систем измерения инструмента //Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2021. - 2021. - С. 4-8

10. Басова Т.В., Басова М.В. Несогласованность параметров режущего инструмента при CAM разработке управляющих программ // Молодежь. Техника. Космос: труды XII Общероссийской молодежной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, апрель 2020г.) -2020. - Т. 2. - С. 196-203

Содержание работы

Во введении представлена и обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель и определены задачи исследования. Представлены научная новизна, практическая и теоретическая значимость работы, а также зафиксированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены результаты выполненного аналитического обзора научно-исследовательской литературы в области поддержания работоспособного состояния ТС. Было подчеркнуто, одним из важнейших факторов, влияющих на качество изготовления детали, является техническое состояние РИ. Согласно выполненному анализу опубликованных статей, зарегистрированных в наукометрической базе данных «The Lens» и индексированных, по ключевому словосочетанию «tool wear», можно уверенно констатировать, что с течением времени наблюдается устойчивая динамика увеличения интереса к исследованиям, связанным с разработкой и применением методов обнаружения износа РИ. Этот вывод подтверждается анализом данных и представлен на рисунке 1, который

иллюстрирует тренд прогрессирующего роста этого научного направления с течением времени.

Рисунок 1 - Мировое количество публикаций, числящиеся на платформе «The Lens» (в период с 2000 по начало 2024 г.), по ключевым словам «tool wear»

Помимо технического состояния РИ существуют другие технологические факторы, являющиеся возможными причинами производственного брака. В связи со сложностью выявления влияния технологических факторов на качество изготовления детали, для обеспечения требований по качеству в условиях производства распространен операционный контроль обрабатываемых заготовок и/или РИ для последующей настройки ТС. Многие методы подразумевают контроль только РИ, поэтому их применение является недостаточным условием для поддержания работоспособного состояния ГПС. Более того, для апробации множества существующих методов необходимо использовать сложные датчики, что предполагает их дополнительное обслуживание и последующее применение трудоемких методов обработки сигналов. Это существенно удорожает стоимость апробации подобных методов. Некоторые известные методы плохо адаптируются к изменению технологических характеристик обработки и выдают недостаточно достоверные результаты измерений. Поэтому в связи с перечисленными особенностями, применение подобных методов затруднено в условиях действующего производства.

Учитывая вышеизложенное, настоящее исследовании посвящено разработке относительно несложного и результативного метода операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок в условиях ГПС. Предлагаемый метод базируется на автоматической обработке данных об изменении геометрических параметров РИ и обрабатываемых заготовок, зафиксированных станочными СТДиК. Однако необходимо отметить, что существующие СТДиК имеют ряд недостатков, которые, по результатам статистических данных, полученных с производственного предприятия при помощи системы мониторинга промышленного оборудования (СМПО) «Foreman» за шесть месяцев (рисунок 2), могут стать причинами низкой производительности изготовления деталей отраслей приборостроения и машиностроения.

и цикл (%) 40.es

■ Настройка для обработки заготовок I)11.57

■ Ожидание (К) 0.50

■ Устан о вка/снятие/вы верка/измерен не заготовки (%) 28,03

■ Обслуживание станка {%} 1.11

■ Технические неполадки (%) 7.18

■ Станок выключен (%) 10.96

Рисунок 2 - Диаграмма простоев и загрузка станка с ЧПУ за шесть месяцев

Для повышения производительности оборудования с ЧПУ необходимо усовершенствовать алгоритмы функционирования СТДиК, а также повысить степень автоматизации программирования оборудования с ЧПУ. Для повышения степени автоматизации разработки УП необходима разработка унифицированной БД параметров режущих и вспомогательных инструментов. Применение этой БД будет способствовать получению УП, содержащей исходные данные, необходимые для реализации метода операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок в условиях ГПС. Предлагаемый метод операционного контроля должен предполагать исполнение ряда взаимосвязанных алгоритмов измерений геометрических параметров контролируемых объектов, а также алгоритмов

обработки результатов их измерений для обеспечения автономной бесперебойной работы ТС.

Для решения задач своевременной замены РИ, управления производственными процессами и ресурсами, а также рационализации производственных процессов, помимо разработки предлагаемого метода, необходимо решить вопрос прогнозирования технического состояния РИ в режиме реального времени. Это можно осуществить с помощью разработки прогнозных моделей износа РИ, применение которых способствует рационализации технологических переходов в ТП для предотвращения нежелательных ситуаций, таких как производственный брак вследствие исчерпания ресурса РИ.

Для разработки прогнозных моделей износа РИ требуются массивы данных, содержащих актуальную информацию об износе РИ и его наработке. Эти данные могут быть получены в ходе реализации предлагаемого метода операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок. Поэтому совмещение метода операционного контроля с методикой прогнозирования технического состояния является актуальным и своевременным в связи с возможностью получения прогнозных значений не только периода стойкости РИ, но также промежутка времени когда ТС будет сохранять свое работоспособное состояние.

В первой главе диссертационного исследования, в результате выполнения аналитического обзора отечественных и зарубежных исследовательских работ в области поддержания работоспособного состояния ТС, был установлен постоянный устойчивый интерес и рост количества публикаций в данном направлении. Было выявлено, что недостаточное внимание уделяется следующим аспектам:

- поддержание автономной работы ТС с сохранением ее работоспособного состояния;

- автоматизация программирования СТДиК РИ и заготовок;

- разработка и применение унифицированных БД параметров режущих и вспомогательных инструментов;

- разработка методов операционного контроля объектов ТС посредством станочных СТДиК;

- разработка относительно легко апробируемых в условиях производства методов получения исходных данных, необходимых для разработки прогнозных моделей износа РИ;

С учетом перечисленных аспектов, исследования, направленные на разработку метода операционного контроля РИ и заготовок, предполагающего мультисенсорное объединение данных об изменении геометрических параметров контролируемых объектов, а также повышение степени автоматизации как управления информацией о РИ, так и программирования оборудования с ЧПУ, являются важными. Применение предлагаемого метода способствует обеспечению самостоятельного функционирования ТС, но для достижения этого необходимо решить перечень взаимосвязанных задач:

- разработать метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок в условиях ГПС, базирующегося на мультисенсорном объединении данных от станочных СТДиК об изменении геометрических параметров контролируемых объектов;

- создать БД параметров режущих и вспомогательных инструментов;

- разработать методики прогнозирования технического состояния РИ, а также выполнить экспериментальную апробацию методики.

В качестве выводов в первой главе было сформулировано, что интеграция предлагаемого метода с методикой прогнозирования технического состояния РИ, способствует рационализации использования производственных ресурсов и поддержанию работоспособного состояния ГПС.

Во второй главе диссертационного исследования описан предлагаемый метод операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок в условиях ГПС, базирующийся на автоматическом сборе и обработке данных измерений геометрических параметров РИ и заготовок. Для реализации предлагаемого метода необходимы исходные данные, которые поступают в ГПС вместе с УП. Структура упомянутых исходных данных представлена на рисунке 3.

У11

- Кадры, регламентирующие выполнение основных технологических переходов

- Кадры, регламентирующие выполнение вспомогательны* технологически* переколов

Условные обозначении

Кадры, регламентирующие измерение РИ

Кадры, регламентирующие определение нулевой точки заютовки

Режимы резании

Кадры» регламентирующие выполнение основных техно, югнч еских н ер сход ов

- Перемещение РИ относительно нулевой точки заготовки с учетом конструкторско-технологическит характеристик заготовки и детали

- 1'ежи мы резания

- Тип подвода СОЖ к зоне резания

- Перемещение узлов станка дли осуществлении механической обработки заготовки

- Upсми выполнении технологическою перехода (подпрограммы)

- Способ установки заготовки

- Расположение и номера нулевых точек заготовки

- Номер (наименование) инструментальной наладки

Кадры, pei' iaMéH i нруюшне выполнение вспомогательных технологических переходов

- Кадры, регламентирующие смену инструментальной наладки

- Кадры» регламентирующие измерение заготовки (циклы измерения заготовки)

- Кадры, регламентирующие определение нулевой точки заготовки (циклы привязки к нулевой точке заготовки)

- Кадры, регламентирующие измерение РИ

: : I

Кадры, peíламентирующие измерение РИ

- Помер (наименование) инструментальной наладки Значения параметров базовых циклов измерения РИ

■ Период стойкости РИ при назначенных в УП режимах резания

- Значение допустимой погрешности сбора инструментальной наладки

í

Значения параметров базовых циклов измерения РИ

- Номер (наименование) инструментальной наладки

- Количество повторных измерений одного параметра РИ

- Режим измерении РИ

- Количество режущих кромок РИ

- Объем измерении РИ

- Специальная функция измерении РИ

- Допустимое значение радиального биения инструментальной наладки

- Значение повторяемости результатов измерений РИ

- Значение максимально допустимого геометрического износа РИ

- Значение аддитивной коррекции радиуса РИ

- Значение аддитивной коррекции длины РИ

- Координаты точек измерения РИ

Кадры, регламентирующие определение нулевой точки заготовки

— Номера (наименования) инструментальных наладок, применяющихся для промывки, продувки и измерении заготовки

— Помер нулевой точки заготовки

— Координаты точек промывки и продувки заготовки относительно пулевой точки заготовки

— Координаты точек измерения заготовки

— Типы контролируемых геометрических размеров заготовки

— Номинальные контролируемые размеры заготовок

— Значении допустимой погрешности результатов измерения размера заготовки

— Расстояние безопасности перемещений измерительною шупа

Режимы резания

— Глубина резания

— Подача резания

— Скорость резания

— Частота вращения шпинделя

Кадры, регламентирующие измерение заготовки

— Номера (наименования) инструментальных наладок, применяющихся для промывки, продувки и измерения заготовки

— Координаты точек промьтвки и продувки заготовки относительно нулевой точки заютовки

— Координаты точек измерения заготовки

— Тины контролируемых геометрических размеров заютовки

— Контролируемые размеры заготовок в середине ноля допуска

— Значения допустимой погрешности изготовления размера заютовки

— Расстояние безопасности перемещений измерительного щупа

NJ

Рисунок 3 - Данные, содержащиеся в коде УП

Последовательность действий, представлена на рисунке 4.

предусмотренная предлагаемым методом,

Рисунок 4 - Блок-схема, иллюстрирующая последовательность действий в разработанном методе операционного контроля РИ и обрабатываемых заготовок

Автоматический сбор и обработка результатов измерений геометрических параметров контролируемых объектов реализуется через исполнение оборудованием ТС УП, в которой содержатся циклы измерений РИ и заготовок. Данные кадры исполняются в промежутках между основными технологическими переходами. Разработанный метод операционного контроля отличается от

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Басова Татьяна Владимировна, 2024 год

Литература

1. Каштальян И.А. Программирование и наладка станков с числовым программным управлением. 2015.

2. Li Y., Huang Q., Hedíílid M., Sivard G., Lundgren M., Kjellberg T. Representation and exchange of digital catalogues of cutting tools. International Manufacturing Science and Engineering Confcrcncc. 2014. V. 1. P. 108097.

3. Ведмцдь П. Мониторинг работы оборудования, инструмента: что дальше? //САПР и графика. 2018. Ж 1. С. 31-34.

4. Мартинов Г.М. Система ЧПУ" АксиОМА Контрол": перспективы развития в поле мировых трендов //Вестник МГТУ Станкин. 2018. №. 1. С. 106-110.

5. Мартиыова Л.И., Стась А,В. Исследование и разработка автоматического цикла контроля положения заготовок на станках с ЧПУ //Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM PDM-2017). 2017. С. 63-66.

6. Koleva S., Enchev M., Szecsi T. Hie influence of the mechanical deformations on the machining accuracy of complex profiles on CNC lathes //Procedía engineering. 2015. vol. 132. pp. 521-528.

7. В as o va T.V., Andreev Y. S., Baso va M.V. The Development ol" Cutting Tools Active Control Methodology for Numerical Control Milling Machines // 2022 International Lirai Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2022. pp. 108-112.

8. ISO 13399-1: 2006 (E), 2006 Cutting tool data representation and exchange - Part 1: Overview, fundamental principles and general information model. Publication date: 200602 Technical Committee: ISO/TC 29 Small tools. 284 p.

9. ГОСТ Р 55342-2012/ISO/TS 13399-150:2008 Представление и обмен данными по режущим инструментам. Часть 150. Руководство пользователя. Введен 01,01.2014. — М.: Стандартинформ. 2014. 79 с,

10. IS013399-60 Cutting tool data representation and exchange — Part 60: Reference dictionary for connection systems. Publication date: 2014-02 Technical Committee: ISO/TC 29 Small tools. 138 p.

11. ISO 10303-1:2021, Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange - Part 1: Overview and fundamental principles Publication date: 2021-03 Technical Committee: ISO/TC 184/SC 4 Industrial data. 24 p.

12. Sandvik Coromant Technical White Paper GTC Guidelines Introduction to Generic Tool Classification [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://gtc-tooSs.com/wp-content' uploads/ 2016/12/GTC-WP-Version-1-White-Paper.pdf (дата обращения: 12.04.2023),

13. ПОЛИНОМ:MDM Система управления нормативно-справочной информацией промышленного предприятия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ascon.ru/pFoducts/polttiom-mdm/ (дата обращения: 12.04.2023).

The Development of the Cutting Tools and Toolholders Parameters Unified Database

Taliana V. Basova Faculty of Control Systems and Robotics ITMO University St. Petersburg, Russia tvbasova(fj) i tmo. ni

Vuii S. Andreev Faculty of Control Systems arid Robotics ITMO University St. Petersburg, Russia ysandreev@i tino.ru

Miuia V. Basova Faculty of Arms and Weapons Systems

Baltic State 'Technical University « VOENMEH» named after D.F. Ustinov St. -Imii!' Russia basova_niv(a)vocnmch. m

Abstract—This paper deals will) the consider;)lion of the tutting tools and too I holders i nlo ri nation data processing issues caused by the different representation of these tools by their manufacturers and users. Ibis problem complicates the interactions between various software systems. thereby increasing tiie time required for technological production preparation. As a prospective solution to these problems, the cutting tools and toolholders parameters unilicd database (1)13) has been developed. The proposed DR includes the necessary information for performing the key tasks in the technological production preparation regarding culling tools and ioolhohlers. The developetl LIB is based on the international standard ISO 13399 and I he CTC (Gencrk Tool Catalog) for mat, as veil as additional tool description parameters required to satisfy the production needs. Therefore, this research aims to improve the processes of technological production preparation and ensure the products manufacturing efficiency,

Keywordt—cutting toot, database, standardization, unification, programming, CAM system, ISO 13399

1. INTRODUCTION

The technological production preparation processes related to cutting tools and toolholders involve manual collection, processing, as well as transmission of information ahout the tool assemblies and their components [1]. In the modem context, these information processes are complicated due to the lack of unified standard lor describing tutting tool assembly's components [2]. Automation oí these abovementiomed processes can be achieved through the development and implementation of a database that includes the necessary inform ation about cutting tools and toolholders.

Based cm a comprehensive analysis of domestic and international scientific and technical literature, it can be concluded that the development and implementation of the cutting tools and toolholders parameters standardized database, structured and filled in accordance with international data representation standards, is a relevant scientific and technical task.

To ensure the cutting tools and toolholders effective information management, a specialized database is proposed The implementation of this project will automate the technological production preparation processes related to

Sponsored by the Foundation for Assistance to Small Innovative Enterprises in Science and Tedinology (fasie.m)

979-8-3 503-455M/23/Î31.00 M 0231ERE

cutting tools and toolholders. This innovation will simplify infonn ation exchange between d liferent enterprises departments, accelerate the tooling setup proccss and production Additionally, creating a unified database that conforms to international standards facilitates collaboration between organizations and the exchange of experience in the technological production preparation field

H. The Research Topic Relevance and Problem Statement

The accurate and sufficient data on cutting tools and too I holders is crucial in the Computer-Aided Manufacturing (CAM) programming for (Computer numerical control (CNC) machines, technical diagnostics and tool monitoring systems programming, technological documentation creation, and other aspecLs.

These days, in order to dcscribc products tool, manufacturers actively utilize various information standards and their parameters [31. According to the analyzed information from tool manufacturers' catalogs, the incongruity in descriptions of the same tool's assembly components types as well as the missing data required for performing production tasks are often identified. This requires the additional clarification of information from the reference literature or directly from the tools' vendor. Additionally, the information absence in the unified digital format of data Uansfcr leads to information processing complexity increasing, longer production processes, and a higher likelihood of incorrect data entry into the user software.

In the context of CAM programming for CNC machines, it bccomcs important to represent the actual cutting tool assembly as its three-dimensional model in the CAM software. The correspondence between the design and technological parameters of a three-dimensional model of ihe cutting tool assembly in the CAM software and the parameters of the actual cutting tool assembly directly affects the accuracy and reliability of the CAM simulation and verification, as well as the CNC program code generation [4, 5| For example, a parameter value that represents the drill point angle in the CAM software affects the drilling depth Therefore, a difference in this parameter value between the three-dimensional model of the cutting tool assemhly in the CAM

software and the actual drill point angle can result in irreparable product failure [6J

In the instrumentation and mechanical engineering fields, the tools' diagnostic and control systems play a significant role Programming such systems requires developing a program for determining the tool's geometric dimensions (measurement cycle). The variable values in this program depend on the geometric parameters of the tool assembly and the specific control task [7, 8], The parameter value incorrect substitution can lead Ir the measuring system incorrect operation. In [9], it was found that an error of 01 mm in the variable values representing the axial position of the tool during measurement in the program for determining the tool's geometric dimensions can cause irreparable defects in the produced items. This issue is particularly pronounced in the conditions of measuring the complex geometric shaped tool.

The program variable values are manually entered due to the incomplete automation of the technical diagnostic and control systems programming. One of the reasons for this incomplete automation may he the difficulty in obtaining standardized information from tool manufacturers for integration into software Additionally, this task involves additional data collection and processing [10]. Due to the insufficient automation result, there is a possibility of entering incorrect data and obtaining erroneous measurement results. Thus, all the above-mentioned can lead to the damage of costly tool and equipment, as well as to the production defects and downtime [11,12}

The programming and tool selection processes automation can be achieved through the development and implementation of a unified database that contains the necessary information about tool assemblies and their components Implementing the proposed approach enables to automate and accelerate the cutting tools and toolholders data collection and processing., as well as to simplify the specialists* operation Furthermore, integrating the developed database with CAM software and other applications will enhance the technological preparation processes automation, improve the quality of generated CNC programs, ensure the CAM simulation and verification accuracy and reliability. Thus, the proposed DB development provides the opportunity for the enterprise to establish information Hows between various software solutions and consumers.

til. nieorjcal Part

A. The Description of the DB development Stages

The unified DB development involves the following stages:

1 Analysis of existing international standards and protocols related to the culling tools and toolholders data description to determine the optimal format for information representation.

2 The key parameters and characteristics of cutting tools and toolholders identification to perform production-related processes associated with the cutting tools

3. The DB structure development, ensuring flexibility and scalability for future adaptation to different production

processes, and integration with existing production management systems

4. The development or selection of a user interface that provides access to the information about cutting tools and adaptors, as well as the ability to add, modify, and delete the data.

5. Testing and implementation of the database in production facilities involved in technological production preparation to assess the developed DB functionality effectiveness and correctness

B. The Inten&gonal Standards Analysis

Within the scopc of current research, the various standards, namely, DIN 4000, I Hi) 13399 (GOST-R 54132-2010), ISO 10303, ISO 15926, ISO 13584, and others, have been analyzed [2, 13-18]. The DIN 4000 is the German national standard for Ihe cutting tools description. This standard regulates the description of tool properties and includes the tools' types extensive list with the graphical representations The ISO 13399 standard pertains to the cutting tools data standardization for the data exchange purposes DIN 4000, in general, is not intended for computer-based information exchange and has a narrower scope compared to the ISO 13399 standard

The ISO 15926 standard is used in oil and gas production facilities for data and information cxchangc regarding to the life-cycle of process plants. It differs from ISO 10303 by a more complex, abstract, and four-dimension a I (spatiotcmporal) ontology. Moreover, the ISO 15926 standard allows a multiple inheritance of properties and an unlimited number of complex interdependences. In a sense, the overall approach of the ISO 15926 standard for processing industries is similar to the approach developed for cutting tools in the ISO 13399 standard However, the ISO 15926 standard has a higher level of abstraction, thus requiring considerable efforts for its implem entation

The ISO 10303-214 standard imposes limitations on the components of tool's assembly; moreover, only two parts coupling is allowed, and the coupling hierarchy has to be a binary tree In comparison, the (SO 13399 standard usage connccts three or more components into one coupling, such as an indcxahlc insert, a turning too I holder, and a clamping scrcw.

Both ISO 13584 and ISO 13399 standards are focused on standardizing product data, but in different areas The ISO 13584 standard, also known as PLIB (Parts Library), is designed for data cxchangc between different software, such as CAD, CAM, and PDM It describes the structure and the format of this date, enabling efficient information exchange and collaboration among different systems. On the other hand, the ISO 13399 standard is specifically developed for standardizing cutting tool data It allows manufacturers and consumers to exchange information about tools in a standardized format, simplifying tool selection and utilization.

ISO 13584 and ISO 13399 standards can he used together to create integrated systems for product information exchange in the manufacturing domain, including cutting tools. Such integration can facilitate more efficient and reliable data

exchange and enhance compatibility between different systems and processes.

Hie ISO 13399 standard was developed with the participation of AB Sandvik Coromant, the Royal Institute of Technology in Stockholm, Kennametal Inc.. and Ferroday Ltd. It is: one of the most worldwide renowned standards for describing the tool data. Presently, the standard is applied by the major manufacturing companies such ¡is Sandvik Coromant, Walter, Kennametal, ISC'AR and others. This.: standard provides the means for achieving electronic representation of cutting tool data by offering the necessaiy information structure for describing various cutting tools and tool assemblies. It has been designed to handle the cutting tool data manipulation and to facilitate its exchange within the context of production, distribution, and utilization. The standard includes the provision for classifying elements and assigning properties in accordance with an external reference library.

Based on the analysis conducted, the ISO 13399 standard implementation is considered to be optimal for the current, conditions of the most production facilities involved in the production preparation processes related to cutting tools and toolholders. It. has been also noted that the chosen standard is suitable for describing a wide range of objects design and technological characteristics due to a large number of parameters. However, the extensive parameter set might pose various challenges in terms of unifying the data according to the proposed international standards..,To avoid the differences in the nomenclature descriptions, it has been recommended to perform additional parameter selection from the standard. For this purpose, (he following steps should be taken:

1) Identify the most relevant tool parameters required for production tasks and data management.

HI Develop principles and criteria for selecting parameters: that align with the production facilities' needs and the manufacturing processes specificities:

3) Analyze the selected parameters and their interrelation with other elements of the standard to ensure the too! information integrity and their compatibility with existing management systems.

4) Develop documentation and guidelines for using the selected parameters, ensuring consistency in tool descriptions and preventing data input errors.

,5) Organize training for specialists and DB users on working with the selected parameters and standards, to ensure the tasks quality execution and process reliability.

The implementation of chosen standard and additionally ..selected parameters will enhance the cutting tool information operating efficiency, unify the data, and reduce the errors risk associated with using different standards and description formats for tools.

C. The Parameters Selection from the Standard for Database

Formation

To determine the most significant tool parameters, an analysis was conducted on the programming features, of

technical diagnostic and tool control systems, representation of tool assemblies in CAM software, technological processes, cutting tdbls geometric characteristics; and other requirements. The parameters collection was executed considering the electronic catalogs content provided by tool manufactuiere in the GTC (Generic Tool Catalog) format based on international standards [19]. 11 it GTC format is an extension of the ISO 13399 standard developed by Sandvik Coromant for tool digital catalogs representation.

The GTC format, includes two main parts: the GTC hierarchy and the GTC package [20]. The GTC hierarchy is an independent system for group classification of tools based on the ISO 13399 standard. The GTC package is a compressed file with a fixed specification. The GTC package structure determines the content of the digital catalog, where tool information is organized in a computer-readable format Thus, manufacturer's nomenclature information is transmitted in the form of GTC packages, and the arrangement of the vendors' nomenclature within the package follows the GTC hierarchy.

The GTC package contains a complex of interconnected components for information transmission. The main components included in the GTC package specification version "2.1.1" are demonstrated in Figure 1. Apart from the files describing tool parameters (in ",p21" file format) encoded according to information exchange standards, the GTC package also contains 3D models, 2D drawings, graphical representations of the nomenclature, GTC hierarchy files, data on manufacturer's nomenclature classification in the GTC hierarchy, and other relevant data [21].

GrC package

Files «.p21» containing nomenclature

characteristic s and links to

other package files

GTC hierarchy

The folders containing graphic drawings product files

The folders containing

product model flies

User agreement

Fig. 1 Specification.

The ",p21" file contains codes for describing tool parameters (which alphabetical and coded designations are specified in sections of the ISO 13399 standard), as well as the corresponding property values. Additionally, this file includes references to drawings, models, and classes in the GTC hierarchy, which are necessaiy for the comprehensive information representation of the tool. As an example, Table 1 provides the decoding of some tool parameters found in the ",p21" file for the drill "870-2800-28L32-3" (Sandvik Coromant).

Based on the conducted analysis, a universal parameters set was formed (some of these parameters are presented in Table 2) to standardize the tool information representation from different vendors. This was done to meet the requirements of a typical instrument-making enterprise. Table 2 represents the

main parameters and their identification codes from the ISO 13399 standard, which are used to describe cutting tools and adaptors in the developed database.

Decrvftigitof the File 11 p21" Contents With the «870-28B.0-28L32-3:» DrillBody Parameters

À line in the file M.p21" The string decryption

#1 l^ÍfSMS¿WirH_LANGTJAGE ('product detailed1, #658), #12=MHLTI LANGUAGE STRING (0, #13); $13=STRl|l3_WirH_LANGLTAGE C2015ÍW11 m.-4 i' z-Jimc 00', #658); ThC;C\tiiiLd 3D mcdel drill file is denoted as; ¡J201598411 jft.jtJ&Ntljn '2_OOji, locatei-in the folder <;pc;>;*uct:3d models^detailed» ' GTC package*'"''

#145=PL1B PROPERTY REFERENCE 071DO84653E57F1, #95, '001'), :E,aSiG.seinantic.uhit (BSU).—the numeric code that identifies each entry in the di'&ionary.^hen it is compiling. The parameter^^liig^diametst; DC» is described

table ii. a Fragment of a set with basic parameters from the-

.130 13399&t;anpard used to eib^ii^I&e ctools and TOOI$pt:ders in the database '

Parametr Full parameter designation from the ISO 13399 standard Identification codes (XML language)

APMX Béfeth-iof ait maximum 71D®S)99I5}1®!®

BD Body diameter ■?1EDI5A9AF7D1D

BETA ;Body lT;L::;i%;>¿rrv;.'¿';e 71EAC472BD116

LF Funi^;®S length 71DCD39338974

LPR Protrudingd'j^igth 71DCD394BB20E

LS Shank length 71CF298E70946

LSG} Clamp ing.léft^h 71EBAE896BE9A

LU "Usable length 7.1EBB.3.3490FDA

MHD Mounting hole distance 71EAC0E9FA4CD

MED MasteftiTÍ&irt identifícate ön 31CF298FDE0EF

NÔF' I' khe count 3ÏDCCÈBÊB883E

OAL Overall length •51D07SEBJC086

PL Point length 71DCCFD064042

RE G crnäiiadius1. 7.1pD6CS4iÎA;ï03

;sig '.Point C-J-4iy. 71DCGC4FEF3éâ.

The GTC digital catalogs and international data representation standards performed analysis has allowed the recommendations development for filling the database values and maintaining its structure. The GTC format basic hierarchy andits identification codes were adopted as the classification structure for the cutting toolsand toolholders parameters in the database. Some classes of the basic GTC hierarchy are presented in Table 3.

Some Basic GTC Hierarcíí.¥;:'Classes Desíon^^ With

identification codes

Description of the tool GTC class (Identification code)

C;.,;tr:e-'onic%1 hcle - iriue;'r,l;,:.e REAS C ONI

Reaniepfor conical hole - solid REASCONS

Rcanier'fcf cylindrical hole - indexable REASCYÎLÏ

R ^tr.ef tor cylindrical hole. - solid REASCYLS

Cutting-tap for cylmdncaïtTiFdâds - C:iip LliLeL TAPOgfCF

Forming.tap for :ylui-;lj'ic-f.l threads TAiÉéîX

and its description is regulated by the established set of parameters from the ISO 13399 standard based on the tool class. The utilization of a universal parameters set, based on the analysis of GTC digital catalogs^ contributes to the increased efficiency in working with information about cutting tools and adaptors. Special instructions have been developed and implemented for maintaining the database.

IV. Practical. Part

A. Practical. Sigmfkmce arid Results of the Developed

Database Implementation

As. a result of the work performed, a database was created in the ASKON "POLYNOM: MDM" software product, which includes approximately 2000 positions represented according to the international standard ISO 13399 and the GTC format [22]. However, since the ISO 13399 standard does not cover all aspects of the enterprise's needs (for example, it does not include parameters used for cutting modes, programming technical diagnostic and control systems, and tool procurement) during the development of the standardized database, the existing set of parameters was extended using the available software tools.(Figure 2);

As a result, each component. of (lie tool assembly in the database is classified according to the basic GTC hierarchy,

Fig. 2. DevelopetiDB.

In order to automate the population of values in the standardized database, calculation formulas were introduced to fill the fields in the database based on the existing values of other parameters. Table 4 contains some calculation formulas, for assigning values to parameters used for generating programs for defining the geometric dimensions of the tool (variables corresponding to the radial "PX" and axial "PZ" positions for tool measurement by the technical diagnostic and control system). These formulas consider the tool class in the basic GTC hierarchy and the available tool description parameters from the ISO 13399 standard.

The proposed formulas utilize the minimal necessary parameters::;set to calculate the variable values in the tool's measurement cycle; the values systematization in the DB is achieved by this mean.

The information from the described database was applied in the instrument-making enterprise for the (SC. programming, technological processes, programming of tool technical diagnostic and control Systems, as well as for other purposes. The implementation of unified information representation in

the database has led to an increase in the efficiency of data transfer between various information systems. It has also cnahlcd the direct import of digital catalogs from tool manufacturers supporting the ISO 13399 standard (GOST R 54132-2010) and generating catalogs in GTC format.

TABLE IV SOME FORMULAS FOR PARAMETER VALUES CALCULATING

Tool type The tool class In the basic hierarchy GTC/ (a typical paramrtnr fur Ihr lonl according to iso 1339?) Theformula for calculating lln" values (it variable's respuuslble fur llin radial "PX" anil a\tal "I'/,' positions for tool measuring

End mill «MILSQI», «MILSQS» (KAPR-90') P2 = ReA(KCH) + 0,5

Thread milling ci i tier iiMII.THGIii, HMII.THGS» (TP/APMX i THFT-M, Kaiir-900, Citl-ll PX = -^-Tp 1 v

Solid drill «DRLlSii, «DRLllii (SI Gel 80") PZ = 0

V. CONCLUTION

As a result of the conducted research, the data representation standards, the electronic catalogs of tool manufacturers, and the needs of the enterprise were analyzed A selection of parameters was made from the ISO 13399 standard, supplemented considering the information tasks performed hy the enterprise. The created database facilitates the information exchange about tools during the technological preparation and product production stages.

The developed database utilization, created according to the proposed recommendations, significantly expands the possibilities of automating numerous information processes related to cutting tools and toolholders. This approach reduces the labor required for the stages of technological preparation, consequently reducing overall manufacturing costs By implementing the created database into the organization's production processes, it became possible to reduce the labor required for selecting cutting tools and adaptors by 70% and rcducc the time spent on developing CNC programs by 10% Thus, the proposed solution can greatly enhance productivity in instrument-making and engineering mechanical enterprises.

The created database serves as the basis for further development of automated systems for managing tools and technological processes. Moreover, in the future, the functionality of the database can be expanded, new parameters and properties can be added, and calculation formulas and tool selection methodologies can be refined.

References

[IJ M. Habibi, O. Li:v\iii I Y. Alliums, " V xliin atiotl of tool oriental .1:1 ::k: position lu compensate luol and pan dcitcclions in five-axis ball end milling operations." Journal of Mechanical Design- ANVL. no. 3, vol 141, pp 031004-1-031004-9, 2013. [2] Y Li, Q Huang, M. Hedllnd, CI Sivanl, M. Lundgrai, and T. Kjcllbcrg, "Representation and exchange of digital catalogues of cutting tools," International Manufacturing Science and Engineering Conference, vol. t,pp. 1-10,2014.

[3 O. Nyqvist, InforTTLalion Management for Culling Touls: Information Models and Ontologies: Doctoral Dissertation. Kill, 2008.

Ml N. shell and Z. Yu, "Realization of the postprocessor of intelligent turning-mil ling combined madiiumg cell based on UG NX" J. Advanced Materials Research, pp. 2303-2307, 2013

15 J W. IIu, J. Guan, B I. .. Y Cao, and J, Yang, "Influence of luol assembly error on machined surface in peripheral milling process". Proc. C1RP, vol 27, pp 137-142, 2015 J T. V. Itasuva and M. V. Rasuva, Pi obletns of using lonl assemblies in CAM system," in lOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 378, no. 1. p. 012055. lOP Publishing. 2019.

[7 J M. V. Junior, E. A. Raptisia, L. Araki, S. Smitli, and T. Schmit?., "The role of tool presetting in milling stability uncertainly," Proccdia Manufacturing, vol. 26, pp, 164-172, 20IS.

[>:] L. I. Martinova and A. V. St.as, "Researth and development of an automatic cycle of conlrol of the |io>:'nri of workpicces on CNC machines," Systems of Design, Technological Preparation of Production and Management of Stages of the Life Cycle of an Industrial Product (C AD/C AM/PDM-2017), pp. 63-66, 2017.

[9] T V. Basciva, Yu. S Anifrecv, and M V. liasova, "Mclliod of operational control of a rotary cutting tool oil machine tools with numerical control," Journal of Instrument Engineaing, vol. 66. no. 1. pp. 56-65, 2023, doi: 10.17586/0021-3454-2023-66-1-56-65

110J Z. Usui an, R. I. M. Young. K. Case, and J. Hording, LLA manufacturing foundation ontology for product lifecyclc interoperability," Enterprise Interoperability IV-Makiug the Internet of the Future for the Future of Enterprise, K Popplewel, eds. el al .pp 147-155, 2010.

111J S Kolcva, M. Diclicv, and T. Szccsi. "The influence of the mechanical deformations on the machining accuracy of complex profiles oil CNC lathes," I'rocedia Engineering, vol 132, pp. 521-528,2015

[12] T. V. Basova, Yu. S. Andrecv, and M. V Rasova, "The devclopmail of cutting toots activc control methodology for numerical control milling machines," International Ural Conference oil Electrical Rower Engineering (UraICon), pp. IDS-(12,2022

[13] ISO 13399-1: 2006 (E). 2006. Cutiing luol data representation and exchange —Part 1: Overview, fundamental principles and general infonnatiou model. Publication dale: 2006-02 Technical Committee: ISO/TC 29 Small tools

[14] L. W. Song, Y. J. Ji, and G. N. QL, "Information collaboration model tor modular product based on SM," in Advanced Maleriats Risearch, vol. 201, pp. 867-877,2011.

[15] GOST R 55312-2D12/1SO/TS 13399-150:2008. Cutting tool data representation and exchange. Part 150. Usage guidelines - Publication date: 01 01 20 N. Moscow: SUmdtrtinform, 2014.

[16] ISO 13399-60. Cutting tool data representation and cschangc -—Part 60: Reference dictionary for connection systems. Publication date: 2014-02 Technical Committee: ISO.TC 29 Small tools.

[17] ISO 10303-1:2021. Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange — Part 1: Overview and fundamental principles Publication date: 2021-03 Technical Committee: ISO/TC I84/SC4 Industrial dala.

[IS] ISO 15926-2. Industrial automation systems and integration — Integration of life-cycle dala for process plants including oil and gas production facilities ■— Part. 2: Data mndei. Publication date: 2003-12, Technical Cmrmi I lee: ISO/TC 1S4/SC 4 Industrial data.

[19] Sandvik Coromant Technical White Paper GTC Guidelines Introduction to Generic Tool Classification. [Online! Available: hltps://gtc-tool s com/wp-coii tent/up 1 osds/201 6A2/GTC-WP-Version-1 -White-Paper pdl (assesed: 11 04 2023).

[20] Sandvik Coromaitl Technical White I^per GTC Guidelines Introduction to Generic Tool Classification. [Onlinel. Available: t.:tps y.'«iraiiriiU!,;rgpitKJblobcorewindows.n5t/fik v'ytecolleaioiidocu mcnls%FJ idl%2Fcu-gl>%2FgLLTicrie-lo[}l- classi ft C3tL0n.pdf (asjescd: 30.07.2022).

[21] GTC Package Specification - Sandvit Coromant. [Online], Available: Iitlps://caromantstrg[irod PLL( ([ r \vi[i(l(',v- ndl! ' :i uP r. 1 m:i:ni i: mcnls%2Fpdi%2F en-gb%2Fglc- packige-sp ccificalion-2-0- 0 .p di' (asscscd: 28.07.2021).

[22] POI.INOM:MDM M:aiagemert1. -y-.'c:j of regulatory ami reference in forma I ion ol' an industrial ciih_pi r.i: [On line J. Available: https://ascon.ru/'products/pol iuoni-mdm/ fassescd: 12.04 2023).

The Development of Cutting Tools Active Control Methodology for Numerical Control Milling

Machines

Tatjana Vladimirovna Basova Faculty of Control Systems and Robotics HMO University St, Petersburg, Russia tvbasova@ itmo.ru

Yuri Sergeevich Andreev Faculty of Control Systems and Robotics IFMO University St. Petersburg, Russia ysandreev@itmo. ru

Maria Vladimirovna Basova Faculty of Arms and Weapons Systems BALTIC STATE TECHNICAL UNIVERSITY «VOEKMEH» mimed after D.F. Ustinov St. Petersburg, Russia [e-mail]

O Q

Ц

a

Ö ■a

Abstract—The paper deals with the issues of the cutting tools (CT) widespread control methodology using tool setter^ the new CT active control method is also proposed, ["lie manual operations are reduced lis this methodology due to tlie automatic development of tool setters' programs via the ( I database. The operation adaptation of computer numerical control (CMC) machines is provided hy upgrading tool setters' functioning algorithms. Both the CNC machines production performance increasing and tlie required product workmanship achievement ol machine-building as well as instrument-ma king production might he received through the new methodology application. The a ([vantages of this methodology are, firstly, cost-effectiveness due to the use of standard CNC machines sensors and, secondly, exclusion ol manual processing lor measurement results.

Keywords—methodology, active control, cutting toots, CNC machine1;, catting tool wear, tool setters, algorithms

I. INTRODUCTION

Both machining accuracy and computer numerical control (CNC) machines productivity might be declined by exceeding the maximum permissible cutting tool (CT) wear and of the prcproduction engineering incomplete automation [1] Likewise, these are followed by [2]: two or even five time reduction of cutting modes in comparison with that recommended by CT manufacturers, 2) production downtime caused by CT failure, which equals to low production efficiency, 3) high probability of technological defects; 4) noncompliance with the required manufacturing product quality; 5) increase in the product cost manufacturing

Geometry changing of the cutting wedge can lead to the increase in cutting forces and vibrations during the processing [3, 4]. Incorrect determination of CT zero on a CNC machine (tool adjustment) can also lead to a technological defect. These facts are manifested in a greater degree when working with a complcx shaped CT, such as a thread milling cutter [5-7] Automated measurement and binding of CT on a CNC machine can he performed by contact and non-contact tools setters [8J, however, when the tool setters are performed according to the default algorithm, it is impossible to ensure CT active monitoring without specialists* inlervenlion in ihe

Sponsored by the Foundation for Assistance to Small Innovative Enterprises in Science and Technology (fasie.nj)

978-1 -fi6;4-66i2-.V22/S31.00 MOM IEEE

technological system. As a result, both issues of increasing of the CNC machines efficiency and the manufacturing product quality ensuring might he complicated by the disadvantages of Ihis production methodology.

Thus, in the automated manufacturing on CNC machines conditions, the issues of improving the manufacturing quality and CT control are crucial, especially in connection with the tendency to exclude human intervention in the technological system T&-I3]. The simple and economical system development for monitoring the state of CT with a minimum number of installed sensors and high efficiency is relevant 114161.

(1 The Disadvantages Of F unctioning according to The Cutting Tool Production Control Methodology

A. Operation of CMC Machines according to The Common

Production Cutting Tool Control Methodology

Tool setters arc widespread in the majority of meta [working machine-building and inslrument-making enterprises for CT checks and measuring purposes The non-contact tool setters (Fig. 1) are mainly used at CNC milling machines due to the following advantages over contact tool setters:

1. the ability to work with small-si /.ed CT due to the measurement without pressure;

2. the ability to control the profile CT, as well as the detection of the chips in the cutting edges inserts ;

3. higher measurement speed.

According to the passport data of tool setters, the measurement accuracy is mainly 1...5 microns with the results repeatability of 1-2 microns [17|. Fig 2 represents the production methodology of measuring the CT 11K |

A program (measuring cycle) is required by tool setter operation, ihis program is developed in a special macros language supported by a specific CNC system. The measuring cycle contains parameters, which values are mainly entered manually through the CNC system 119).

108

determined relatively the CT center (Fig. 3). Therefore, for example, to measure the threat! milling cutter radius (diameter) correctly using non-contact tool setter, the l!PZ" parameter value should ensure that the laser beam hits the cutting edges top, namely, on the first cutting edge due to its faster wear than others (Fig. 4) (m the case of milling in the direction from the top to the bottom relatively the upper end of the workpiece) [20]. in this case, the determining point of the thread milling cutter length should be located on the flat pari: of the insert end face (Fig. 4) [21]. The leading manufacturers catalogues of thread miiiing cutter do not specify the value of the "PZ" parameter, which requires its preliminary finding on the pressetor [22]. The measurement of the CT with complex gecmetiy on the pressetor can be time-consuming and multiple.

Toct tewth

Fig. 4. The thread milling cutter measuring points through the "FX" and "PZ" janairieters.

If the NC program for thread milling is started m the hole with a thread milling cutter measured using the "Length and Radius" measuring cycle, with the values of the "PX" and "PZ" parameters differing from the actual ones by more than 0.1 mm, a thread defect occurs [23] This result is caused by the fact that, when the incorrect values of "PX" and "PZ" parameters are entered into the CNC machine, the erroneous coordinates of the CT zero point will be used which leads to the CT movement trajectory displacement relative to the specified one in die NC program.

It should be also noticed that if the laser beam hits the transition point of the CT corner radius into a cylindrical or a flat part, as well as if the laser beam passes by the expected measurement point CT, there will be erroneous measurement results, and amalfunction cfthe tool setter is also possible.

ill The CNC Machines Operation according To the

DEVELOPED CU'lTINGTOOL CONTROL METHODOLOGY

A Descri.pti.on Of The Developed Active Control

Methodology

According to the research, the CT active control means the tool wear control by measuring its geometric dimensions at the beginning and at the end of manufacturing steps using non-contact tool setters for automatic CT state determination and CMQ machines adaptation to changes m processing teclmologicai characteristics..(witbout outside interference in the technological. System). Fig. 5 shows the scheme of functioning according to the proposed methodology, which includes new algorithms for tire tool setter operation. The developed operation algorithms have the greatest efficiency for horizontal milling machines with replaceable pallets.

The information about the CT fixed m the relational database through the CNC machine postprocessor is automatically entered in the measuring cycle, which is called

by the CT measurement programs at the beginning and at the end of manufacturing steps. The database (Fig. 6) contains the data necessary for programming the measuring cycle: instrument setup number,the instrument measuring method,coordinates of tool measurement point offsets on the tool setter '(pPX" and ":PZJI);CT wear t.olerance;CT failure tclerance;the tolerance of comparison with the instrament presetting device (A setting), and other parameters (table 1).

Fig.5. Functioning of cnc equipmentaccoiding; to the developedmethodof ct active control

table 1 fragment of relational datab ase abou t ct

CT CT measurement method FX PS Wear tolerance CI', mm Tolerance nf brealage CT, mill A setting, muni

t1 1 0.5 0.5 0.1 0.15 0.05

t2 1 a .5 0.5 ii!. 1 0.15 0.05

The use of the database reduces manual data entry and selection of necessary parameter values for the measuring cycle programming. Commands for calling the measuring cycles are entered by the CNC postprocessor m the NC program, considering the CT features automatically at the beginning and at the end of manufacturing steps. In order to increase the level of CHCi, machines autonomy from the operator, the tool setter functioning algorithm has been supplemented (Fig. 6).

The advantages of the advanced algorithm of tool setters functioning from the original algontiim are'

i. automatic blocking of die incorrectly assembled tool setup with its replacement with a double tool to start the technological operation:

110

2. automatic blocking of the wom-out CT with its replacement with a double tool to continue the technological operation".

3. automatic CT blocking and its replacement with a double tool, as well as the withdrawal of the machine pallet with the wotkpiece from the production cycle fbr further inspection of the wcriîpiece, in case of breakage or excessive CT wear after the processing.

Reioidire the measured dkvwt*eHnthi?m«hi(w data labte, avsiftnte s tool vrejr value of MOl. mm

i ^^^ j I tMCuMan ottha mimifaciurint ittp

MMlurint the tfiSmçiçrol the CT along sit tutting Edges of the insert

Catling Che machine pallet bloc king program and replacing the wûfkpi{<4>

proposed active CT control methodology. According to the obtained statistical data, the CNC machine load factor was increased by 34%. Likewise, some reasons for downtime, namely, those associated with the maintenance of the CNC machine (adjustment / zeroing ^'measuring CT), the product control by the CNC machine operator using measuring tools, the products manufacture in manual mode on the CNC machine, and others have been reduced or eliminated altogether (Fig. Sj.

Performing downtime

38.9 % _ Production machining

before

iftei

Fig. 7. Vaiie; cf the loeil ûcior piocessu;r centals tjefoK ilt=> tiv; introduction of the plop:ICT active contrat methodology

Prod uc:îor dew n ti me ba led on ilo < 1st let fo - 1 mo nth (in hou re) 14!.«

m i c j i ■ 11 ■sr./r v mo vx/'t t cj-n c i it j eim fît r) t n (y c. i tt-eaii.rcir.inE S MiintmtrtformrfcBmn etcîcs» rn riiMriitil>i«wU| ■ Malkrttv.sn

1- -'fiiinujl wprh

30 OJ

oft

Hnfom the implementation

Î9.Î3

i Tip! r m'ntaÎLûn

Fig. ii. Tit developed algorithm cf' the tool setter fuuctiour.'g for tool control at tit end of the mamifacinmig steij

As a result of functioning according to a similar scheme, the CT is automatically controlled on a CNC machine and the value of its permissible wear is entetsd into the tmchitie table with a tool for the correction during the execution of the trajectory of the CT movement according to the NC program. The developed CT for measuring active control prolans at the beginsing and at the end of manufacturing steps exclude production defects caused by woik on a CNC milling mathine with a wom-out CT. Due to the fimctiorang according to the developed CT active control programs, the required manufectured products quality is ensured.

B. Fne Implementation Penult:. Of Die Proposed Cutting Too 1

Acitw. Control Mefnodolcgy

Fig. 7 demonstrates the diagram obtained on the baas of statistical data collected using the "SMPO Foreman11 CNC machine monitoring system [24] to load two horizontal milling machining centers that performed one order within a month.

The first processing center functioned using the production CT control methodology, and the second one introduced the

a; Eh et f nrtu" tt nl ral nrhc] nle j; ■ d 1 he LI jcl ¡'it control mfTodn lag^

Fig. 3. Li own ¿tit of CNC -AA'.I,: jtj centers operating before and after the introduction of tit promised CT active control methodology.

Thus, it has been concluded that the imp! ementaiion of the developed CT active control methodology pro*rides high production efficiency by reducing production downtime ensuring the manufacturing quality.

IV. Conclusions

The CT active monitoring methodology using non-contact tool setters was developed. Likewise, the CT measuring programs (measuring cycles) considering 1he CT geometric features were formed automatically at ihe beginning and at the end of manufacturing steps. It was proved that the CT measurement method, including a tool with a complex geometric shape, fbr example, thread milling cutteis, might be improved due to the automatic output of parameter uaiues into the measuring cycle using the CT database.

Functioning in accordance with the proposed a ctive contra! methodology provides:

• automatic adaptation of CNC milling maciiines to the changes in some technological machining characteristics,

• the CT measurement automati on".

Ill

• increasing the level of autonomy of CNC machines from CNC operator^ intervention in the technological system;

• reducing the number of defects caused by working with worn or broken CT and incorrect determination of tool zero coordinates.

References

[l] A. C. Araujo, J. L. Silveira and S. Kapoor, "Force prediction in thread milling." Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 26, pp. 82 88, 2004.

[21 M. V. Junior, E. A. Baptist^ L. Araki, S. Smith and T. Schmitz, "The role of tool presetting in milling stability uncertainty" Procedia Manufacturing, vol. 26, pp. 1 <54-172,2018.

[31 A. C. Araujo, G. Fromentin and G. Pouiachon, "Analytical and experimental investigations on thread mil ling forces in titanium alloy," International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 67, pp. 28 34,2013.

[4] P. G. Benardos and G. C. Vosniakosr "Predicting surface roughness in machining: a review," International journal of machine tools and manufacture, vol. 43(8), pp. 833 844. 2003.

[5] V. A. Fcdorov, D. A. Melnikov and A. A. SukharcvaT "The choicc of a tool for threading holes," Scientific Almanac, vol. 2-3, pp. 140-145* 2017, (in Russian).

[61 V. E. Ovsyannikov and A. I. Suvorov, "On the use of thread milling in hole processing," Bulletin of Kurgan State University, no. 2 (29), pp. 76-77, 2013. (in Russian).

[7J K. V Rao, B. S. N. Murthy and N. M Rao, "Cutting tool condition monitoring by analyzing surface roughness, work piece vibration and volume ol" metal removed for AISI I040 steel in boring," Measurement, vol. 46(10), pp. 4075-4084, 2013.

[81 A. Richter, "Breaking the beam," Cutting Tool Engineering, vol. 62(4), pp. 43-47,2010.

[9J D. Yu. Timofeev, A, D. Khalimoncnko and M. A, Nacharova, "Preliminary local thermal impact as a surface quality assurance factor," Materials Science Forum, vol. 1031 MSF, pp. 125-131, 2021.

[10J A. D. Khalimoncnko, D. Y. Timofeev and T. S. Golikov "Cutting tool for turning large workpicccs," Journal of Physics; Conference Series, vol. 1399(4), 044082, 2019.

[I IJ S. N. Grigoriev, V. A. Sirionalmkov, V. D. Guriri, "Features of contact phenomena on the front surface of CT with a wear ■resistant coaling during intermittent cutting," Hardening technologies and coatings, vol. 7, pp. 45-51. 2007. (in Russian).

[12] Yu. V. Maksimov et al.. "On the issue of ensuring the accuracy of machining on CNC machines," Proceedings of the Moscow State Technical University MAMI, vol. 2 (14), pp. 129-130, 2012. (in Russian).

fl 3] E. V. Kemerovsfcii and G. M. Likhtser, Diagnostics of the state of CT by the power characteristics of the cutting process: review, Moscow: VNTTTFMR, vol. 7, 1988,40 p. (in Russian).

[14] L. Wei, "Research on tool wear monitoring and turning simulation," IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 576(1), pp. 122-129,2019.

[15] Y. Zhang, K. Zhu. X. Duan and S. Li, "Tool wear estimation and life prognostics in milling: Model extension and generalization," Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 155, 107617,2021.

[16J P. Ong, W. K. Lcc, and R. J. II. Lan, "Tool condition monitoring in CNC end milling using wavelet neural network based on machine vision," The Internationa] Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 104 (1), 2019, pp. 1369-1379.

[17] W. Reiser, "Laser system for non-contact tool setting and breakage detection," WIT Transactions on Engineering Sciences, vol. 16, 1970, pp. 33-42.

[18] I. N. Tolubaev, A. P. Anlipin and A. D. Evsligueev, "Development of a control program lor manufacturing a guide in Siemens Sinumcrik 840D SL " University Science in modern conditions, January 27 - February I 2020, vol. 1, pp. 78-80.

[19] [Online). Available: htlps://www.bliirn-novotest.com/eii/products/mcasuring- components1'! asercontrol/ micro-compact-nt.html (accessed: 03.05.2022).

[20] R. С. E. Junior, R. R. D. Pereira, С. H. Lauro arid L. C. Bran dite, "Research on the wear mechanisms during the high-speed lapping in 316L stainless steel," 'llie International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 112(l)r pp. 419-436,2021.

[21] G. Fromentin and G. Pouiachon, "Geometrical analysis of thread milling—part 1: evaluation of tool angles," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 19(1-4), pp. 73-80,2010.

[22] [Online]. Available: https://www.iscar.ru/eCala]og/item.aspx?cat— 3346000Mn uni-4063&Л1 app=IS&app-0&GFSTYP=M&iSoD= 1 (accessed: 03.05.2022).

[23] T V. Rasova, Y. S. Andreev, M. V. TVasova, "Active control ol" thread milling cutters on a CNC machinc using non-contact tool measurement system," Springer Nature, 2022, in press, (in Russian).

[24] A. D. ZaiLseva and E. V. Erokhin a, "Monitoring systems of machine tools with numerical control as a source of increasing production efficiency," Scientific research of the XXI century, vol. 2r pp. 49-55, 2019. (in Russian).

112

УДК 67.05

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА СТАНКАХ С ЧПУ В УСЛОВИЯХ БЕЗЛЮДНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Басова Т.В.1 (аспирант)

Научный руководитель - канд. техн. наук, доцент Андреев Ю.С.1

' Университет ИТМО

e-mail: [e-mail], [e-mail]

В работе рассмотрены задачи контроля режущего инструмента в условиях безлюдного производства, приведены основные особенности существующих методик активного контроля, а также основы разрабатываемой методики активного контроля режущего инструмента в условиях безлюдного производства, имеющей некоторые преимущества по сравнению с существующими производственными методиками. Новая методика основана на авторских алгоритмах функционирования станка с числовым программным управлением (ЧПУ), датчиков наладки режущего инструмента и постпроцессора станка с ЧПУ. Внедрение представленной методики автоматизирует процесс измерения инструмента, способствует поддержанию автономной работы оборудования при изменении технологических характеристик обработки без дополнительной установки дорогостоящих датчиков на оборудование.

Ключевые слова: износ режущего инструмента, активный контроль, станки с ЧПУ, датчики наладки инструмента, безлюдное производство.

Износ РИ является одним из значимых факторов, влияющих на качество изготовления деталей на станках с ЧПУ [1]. Несвоевременное выявление сломанного или износившегося режущего инструмента (РИ) может привести к производственному браку, порче оборудования, простою производства и прочим негативным последствиям. Кроме того, износ РИ приводит к снижению точности механической обработки, увеличению погрешностей формы и размера обрабатываемых поверхностей деталей, что может в дальнейшем вызывать сложности при сборке деталей, повышенное трение сопрягающихся поверхностей и вибрации, и, следовательно, сокращение срока эксплуатации механизмов и машин. В связи с этим, в процессе изготовления деталей на станках с ЧПУ вопросы повышения качества РИ и его контроля являются важным, особенно в связи с тенденцией к минимизации человеческого вмешательства в технологические и производственные процессы.

Повышение производительности механической обработки на станках с ЧПУ при изготовлении деталей машиностроения и приборостроения возможно обеспечить путем перехода предприятий на безлюдное производство, функционирующее на максимально допустимых режимах резания, с минимальными простоями. Явной проблемой как автоматизированных, так и неавтоматизированных производств является отсутствие надежных производственных методик активного контроля и измерения РИ, обеспечивающих своевременное выявление превышения допустимого износа РИ. Результатами этого являются:

• занижение режимов резания в 2, а в некоторых случаях и в 5 раз от рекомендуемых производителями РИ, что значительно снижает скорость изготовления детали;

• простои, вызванные отказом РИ, и, следовательно, низкая эффективность производства;

• высокая вероятность технологического брака;

• необходимость частых доработок деталей или неисправимый брак;

• увеличение себестоимости изготовления деталей.

На сегодняшний день разработка методик активного контроля РИ с целью обеспечения бесперебойной работы безлюдного производства является актуальной задачей. Под активным контролем понимается контроль в процессе обработки, по результатам которого возможна корректировка каких-либо размеров детали [2]. Существующие методики активного контроля основаны на методах:

1. Акустической эмиссии.

2. Виброакустической диагностики.

3. Контроля температуры в зоне резания.

4. Анализа силовых характеристик.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев, методики активного контроля РИ основываются на одновременном применении нескольких датчиков и методах обработки данных [3], что значительно увеличивает стоимость системы мониторинга, а также требует дальнейшей трудоемкой обработки данных и разработки сложных математических моделей [4]. Методы активного контроля РИ, основанные, например, на акустической эмиссии и виброакустической диагностике могут быть малонадежными из-за влияния других факторов механической обработки на результаты измерений. Многие системы мониторинга не могут приемлемо адаптироваться к изменению технологических характеристик из-за использования недостаточно точных алгоритмов функционирования. Указанные недостатки делают актуальным разработку простой и экономичной системы мониторинга состояния РИ с минимальным количеством устанавливаемых датчиков и высокой эффективностью контроля.

В данной работе предлагается решение вышеперечисленных недостатков посредством разработки новой авторской методики активного контроля РИ, основанной на интеграции общеприменимых датчиков наладки РИ. Указанная интеграция настраивается при помощи совместной работы макросов станков с ЧПУ и разработанного постпроцессора станка. Активный контроль РИ в этой методике обеспечивается за счет контроля износа РИ посредством измерения его геометрических размеров в начале и в конце технологических переходов при помощи бесконтактных датчиков наладки инструмента для выявления поломки, а также корректировки в процессе обработки координат движения РИ на станке с ЧПУ на величину выявленного износа.

Датчики наладки инструмента применяются для измерения и определения нулевой точки РИ на станках с ЧПУ.

Управление датчиками наладки инструмента осуществляется, в основном, посредством подачи через систему управления ЧПУ программы измерения инструмента - цикл измерения инструмента. Параметры цикла измерения отвечают за точки измерения РИ на датчике наладки, а также влияют на характеристики процесса измерения.

Параметры цикла измерения должны быть выбраны в зависимости от типа РИ его конструкторско-технологических характеристик; в случае если подстановки некорректных значений в цикл инструмента, не подходящих данному РИ, высок риск производственного брака за счет смещения нулевой точки инструмента на станке с ЧПУ, а также сбой работы самого датчика наладки инструмента. В основном, в существующих производственных методиках данные цикла вносятся

неавтоматизированным методом, что повышает риск ошибки измерения по причине человеческого фактора [5], что особенно критично для РИ со сложной геометрической формой.

САМ-проект обработки Постпроцессор станка с ЧПУ

Измерение РИ со сложной геометрией вне станка

Т ""

Перенос значений в станочную таблицу данных

I [олуаетоматиэированное программирование циклов измерения инструмента с простой геометрией

Обработка заготовки

X

]

1. Недостаточный контроль РИ

2. Изготовление точны к размеров деталей

в ручном режиме

3. Отсутствиеучета периода стойкости РИ

1. Высокий риск технологического брака 2, Простой оборудования

Рис. 1. Блок-схема последовательности изготовления

детали при функционировании по стандартной производственной методике контроля РИ на станках с ЧПУ

Данные о РИ

CAAi-проект обработке

Постпроцессор станка с ЧПУ

Последовательность изготовлений детали при функционировании станка по стандартной производственной методике контроля РИ, основанной на применении датчиков наладки РИ представлен на рисунке 1.

Основными недостатками функционирования стандартной методики контроля РИ являются:

отсутствие активного контроля РИ;

потребность ручного ввода данных в систему управления ЧПУ; невозможность измерения и контроля РИ со сложной геометрической формой; отсутствие автоматической адаптации к изменению технологических характеристик обработки.

С целью устранения вышеперечисленных недостатков в рамках разрабатываемой методики предложен алгоритм функционирования (рис. 2).

С целью исключения производственного брака, вызванного некорректным ручным вводом данных в цикл измерения инструмента были выведены формулы, основанные на данных из электронных каталогов Generic Tool Catalogue (GTC) и информации в САМ- проекте [6].

Выведенные формулы позволяют получать корректные значения параметров цикла измерения без проведения дополнительного ручного перебора значений.

Предлагается заполнение необходимых значений параметров цикла измерения инструмент путем его автоматического формирована»-;: в коде управляющей программы постпроцессором станка с ЧПУ при обработке САМ-проекта.

Вывод команд контроля н измерения РИ на станке с ЧПУ. Автоматическое измерение РН

I

Обработка заготовки. Активный контроль PII

1. Адаптация работы оборудования к изменениям характеристик обработки 2. Учет периода стойкости РИ 3. Автоматизации изготовления точных размеров детален 4. Контроль и измерение РИ иа станке с ЧПУ в начале в в конце технологического перехода

1. Повышение эффективности производства 2.Понышенис качества изготовления деталей

Рис 2. Блок-схема функционирования разрабатываемой методики активного контроля РИ

Вышеописанная методика позволит выполнять активный контроль РИ посредством автоматизации заполнения параметров цикла измерения РИ, а также частично обеспечить точность изготовления элементов детали, например, резьбовых соединений. Повышение уровня автоматизации способствует внедрению безлюдного производства. Разрабатываемая методика может быть применена не только в автоматизированных производствах, но также адаптирована для неавтоматизированных станков с ЧПУ за счет применения стандартного станочного оборудования.

Литература

1. Темнеть Ю.А., Темнель О.А. Особенности ж факторы, оказывающие влияние на точность механической обработки на станках с ЧПУ // Новые технологии-нефтегазовому региону.

2016. С. 265 270.

2. Калмыков В .В., Юсупова К.И. Сравнительный анализ методов активного контроля состояния режущего инструмента // Наукоемкие технологии в приборо-и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе. - 2013. - С. 44-51.

3. Mohanraj Т. et al. Tool condition monitoring techniques in milling process - A review // Journal of Materials Research and Technology. - 2020. - Vol.9. -Щ. - C. 1032-1042.

4. Сырицкий А.Б., Болдасов Д.Д. Фазохронометрическая система мониторинга износа режущего инструмента //Металлообработка. - 2015. - №5(89). С. 2 10.

5. Junior M.V. et al. The role of tool presetting in milling stability uncertainty // Procedia Manufacturing. - 2018. - T.26. - Pp. 164-172.

6. Басова T.B. Разработка методики активного контроля резьбовых фрез на станке с ЧПУ // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2021. - Т.2. - С. 45-47.

Т. В. Басова

аспирант

Национальный исследовательский университет ИТМО

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯРЕЗЬБОВЫХ ФРЕЗ В УСЛОВИЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Описана методика организации активного контроля размеров резьбонарезных фрез, при помощи бесконтактной (лазерной) системы измерения инструмента в условиях непрерывного производства.

Ключевые слова: резьбовая фреза, износ инструмента, бесконтактная система измерения инструмента, станок с ЧПУ, контроль износа инструмента, непрерывное производство.

Г. К Basova Postgraduate Student ITMO University

AUTOMATION OF DIMENSIONAL CONTROL OF THREAD CUTTERS IN CONTINUOUS PRODUCTION CONDITIONS

The text deals with method of organizing active size control of thread mills, which is carried out by using a non-contact (laser) tool measurement system In continuous production conditions.

Keywords: thread mill, tool wear, non-contact tool measurement system, CNC machine tool, tool wear monitoring, continuous production.

В производственных условиях точное численное определение значений износа резьбовых фрез сопряжено со множеством проблем [1,2]. Большая часть производственных методов измерения резьбовых фрез непригодна к условиям непрерывного производства из-за низкой точности измерения инструмента со сложной геометрией, неполной автоматизации процессов измерения, а также отсутствия контроля износа инструмента после выполнения каждого технологического перехода [3]. Замена инструмента после обработки определенного количества заготовок без определения фактического износа инструмента удорожает себестоимость изготовления детали, а также не гарантирует выполнения годной резьбы,

С целью автоматизации контроля резьбовых фрез была разработана методика измерения инструмен-твпри помощибесконтактной (лазерной) системы контроля инструмента MICRO COMPACT NT (WOO) (BLUM-NovotestGmbH) [4] в начале и в конце технологического переходапри вызове программы измерения инструмента.

В процессе разработки программы измерения инструментабыло обнаружено отсутствие определенных размеров резьбовой фрезы, необходимых для присвоения значеннйвходящему параметру-переменной в программе измерения инструмента. С целью оптимизации поиска недостающих значенпйпараметра-переменной в программе измерения инструмента для гребенчатых резьбовых фрез была выведена формула, использующая только известные данные, предоставляемые поставщиком инструмента.

Измерение гребенчатых резьбовых фрез на бесконтактной станочной системе по программе измерения, дополненной недостающими значениями, обеспечивает точность измерения инструмента, позволяет автоматизировать процесс измерения, а, значит, исключает брак резьбы, вызванный неверным указанием координат резьбовой фрезы на станке с ЧПУ. Измерение инструмента в начале и в конце технологических переходов позволяет определить состояние резьбовой фрезы, а такжеучесть фактический износ илструментадо его применения в последующей обработке, что особенно актуально в условиях непрерывного производства.

Предложенная методикаможет быть применена к другим станочным системам измерения, а также может быть адаптирована для измерения других типов режущего инструмента.

Библиографический список

1. Junior M. V. et al. The role of tool presetting in milling stability uncertainty //Procedia Manufacturing. -2018.-T. 26. - C. 164-172.

2. СТАНОК С ЧПУ: ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ// httpsr//ritm-magaane.ru/rn/public/stanok-s^hpu-izme-renie-i-kontrol (дата обращения: 23.01.2021).

3. Рогожина А. С. Система автоматизированного контроля состояний режущих инструментов для станков с ЧПУ//Наука, техника и образование, 2016. - №. 6 (24).

4. URL: https://www.blum-novotest.com/en/products/measuring-components/lasercontrol/micro-compact-nt.html (дата обращения: 03.01.2021).

T.B. Басова* аспирант Ю. С. Андреев*

кандидат технических наук, доцент

Д. В. Васильков**

доктор технических наук, профессор

М. В. Басова**

магистрант

•Национальный исследовательский университет ИТМО **ЕГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ FMS-УЧАСТКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Описана реализация автоматических циклов измерения дня определения координат нулевой точки (НТ) заготовки и измерения точных размеров с целью изготовления на FMS-участке станков с ЧПУ корпусов гидравлических систем.

Ключевые слова: Качество изготовления детали, FMS, ГПС, управляющая программа, точность изготовления детали, циклы измерений

Т. V. Basova*

Post-graduate Student Yu. S. Andreev* PhD, Associate Professor D. V. VasUkov**

Doctor of Technical Sciences, Professor M. V. Basova** Masters Student "itmo University

""•BSTU «VOENMEH» named after D. F. Ustinov

ENSURING THE EFFICIENT OPERATION OF THE FMS AREA SPECIALIZING IN THE MANUFACTURING OF HYDRAULIC CASINGS

The text deals with the implementation of automatic measurement cycles for determining the coordinates of the zero point of the workpiece and manufacturing the exact dimensions ofthepaitonthe FMS ofCNC machines specializing in manufacturing of of hydraulic casings.

Keywords: production planning, cycle time, automated system, lean production

Для эффективного функционирования гибхой производственной системы (FMS - Flexible Manufacturing System) станков с ЧПУ, специализирующейся на изготовлении корпусных деталей гидравлических систем, необходимо решить ряд проблем традиционных участков станков с ЧПУ с целью исключения простоя производства и брака деталей. Одной из главных сложностей организации непрерывной работы t'M'i-участка по изготовлению подобных деталей обусловлена высокими требованиями к обеспечению точности размеров их отверстий и прочих конструктивных элементов.

Точность изготовления размеров детали на станке с ЧПУ напрямую зависит от корректности определения координат НТ заготовки для запуска управляющей программы (УП) обработки. На традиционных участках станков с ЧПУ НТ заготовки определяется для каждой отдельной заготовки оператором при помощи ручного вызова измерительных циклов - программ измерения заготовки, встроенных на стойке станка с ЧПУ.

Определение координат НТ заготовки в подобном режиме неприемлемо для непрерывного производства, так как требует участия оператора. Кроме того, в случае допущения ошибки, приведет к невыполнению изготавливаемых размеров детали из-за смещения НТ заготовки вместе с траекторией движения инструмента.

Также необходимо отметить, что на большинстве современных машиностроительных предприятий, простейшие циклы измерений применяются в неавтоматическом режиме также для измерений изготавливаемых точных конструктивных элементов детали на станке с ЧПУ перед дальнейшей их доработки только с присутствием оператора. Таким образом, изготовление сложных деталей на обычных производственных участках станков с ЧПУ подразумевает вмешательство специалистов в процессы обработки.

Для изготовления детали в FMS-системе данные о НТ заготовки записываются однократно при запуске паллеты с заготовкой и хранятся в памяти FMS-снстемы до смены паллеты с обработанной заготовкой или блокировки паллеты из-за появившихся ошибок в процессе обработки. С целью обеспечения безлюдной работы

РМо-участка, специализирующейся на изготовления корпусных деталей гидравлических систем, были реализованы циклы автоматического определения НТ заготовки, выводимых напрямую в код УП механической обработки через постпроцессор при ее САМ-подготовке. Задача определения НТ на РМБ-участке решается однократно в процессе разработки УП технологом-программистом. Назначение НТ заготовки перед запуском УП на РМо-участке определяется таким образом, чтобы исключалось смещение ее координат из-за возможных погрешностей заготовки, и переопределении НТ для частично обработанной заготовки э случае удаления данных о НТ из памяти РЫБ. Применение циклов автоматического определения НТ заготовки обеспечивает выполнение размеров, заданных от необрабатываемых поверхностей, сварных конструкций, штамповок и отливок.

С целью непрерывной обработки точных размеров детали, в коде УП при программировании обработки точных размеров детали, был реализован вывод цикла измерения получистового размера детали с определением отклонения фактически изготовленного размера от предполагаемого размера для дальнейшего учета погрешности на чистовом технологическом переходе. Выполнение размеров после чистовой обработки обеспечивается смещением траектории движения инструмента по УП на величину измеренного отклонения на получистовом переходе.

Внедренные меры позволяют обеспечить непрерывное изготовление сложных корпусных деталей на РМ5-участке. Данные методы могут быть применены не только в рамках РМЙ-участкя, но также адаптированы ни традиционных участков станков с ЧПУ с целью их эффективной работы.

Библиографический список

1. Юсупов Ж. А., Елсуков А. В., Подов А. С. Технологическая наладка фрезерных обрабатывающих центров с использованием контактных измерительных систем КЕМЗНДОГ // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли. 2016. С. 534 539.

2. Мясникова Л. А., Каменева А. Л. Обеспечение качества изготовления сложноцрофильных деталей за счет использования измерительных головок KENISHAW //Инновации в машиностроении. 2019. С. 194 198.

Разра&глса алгоритмов контроля и намеренны режущею инструмента на сгонке с ЧПУ в условия! безлюдного производства

Басова Т. В.. ЕашваМ.В.

'ИГГМО, 'ШТУ «ВОБНМЕХ», г, Санкт-Петербург, Россия Кзпос режущей кромки ипструмеЕгга, а также пеиериое определение координат его пулевой точхи на олнкс с ЧПУ являкугся возможными причинами чсхно.зотческою брака, тго особенно важно при работе со гаожнопрофнльзым инструментом, таким как резьбовая фреза [1-3].

Сущеегвующне алшрнтмы конфолд и измерения режущего инструмента с применением контактных и бесконтактных датчиков, имеют ряд недостатков, Во первых, для работы датчиков измерения инструмента, в большинстве случаев, исходные данные о режущем инструменте вводятся вручную, при этом некоторые значения параметров должны подбираться е учетом особенностей инструмента Во-вторых, измерение инструмента осуществляется но команде, вызов которой производится по решению специалиста; при этом

478

измерение и контроль происходят однообразным способом, то есть без адаптации работы датчика к особенностям технологического процесса механической обработки, а также к периоду стойкости инструмент В-третьих, заключение о работоспособности инструмента или заготовки, обработанной поврежденным инструментом, принимает специалист [4].

В связи с перечисленными недостатками, смена инструмента в условиях безлюдного производства часто осуществляется после обработки определенного количества заготовок, при его износе 60-70% от нормы [5,6), Данный факт значительно увеличивает себестоимость изготовления детали, в то же время не гарантирует выполнение конструкторс ко -технологических требований обрабатываемых элемента.

В работе реализованы алгоритмы измерения инструмента, учитывающие стойкость инструмента и особенности его геометрии, а также точность обрабатываемого размера детали, Кроме того, был предложен способ автоматизированного заполнении исходных данных о режушем инструменте, основанный на обработке н получении информации го Generic Pool Catalog (GTC) [7],

Подготовленные алгоритмы контроля и измерения инструмента были а не дре ны на роботизированном участке станков с Ч11У н могут быть применены не только в условиях безлюдного производства, но также для традиционных участков станков с ЧПУ.

Литература;

1. Федоров В. А., Мельников Д. А, Сухарева А А Выбор инструмента для резьбофреэерования отверстий //Научный альманах. 2017. №. 2-3. С. 140-145.

2. Овсянников В. Б,, Суворов А. И, К вопросу применения резьбофрезерования при обработке отверстий //Вестник Курганского государственного университета, 2013. Ж 2 (29).

3. Rao, К V4 Murthy, В. S, Кл & Rao, N. М. (2013). Cutting tool condition monitoring by analyzing surface roughness, work piece vibration and volume of metal removed for AISI1040 steel

in boring. Measurement, 46(10), 4075-4084.

4. Станок с ЧПУ; Измерение н контроль // lil tpK://rilni-Hiaga/.ine.niA'ii/[iub1ic/slanok-s-c}ipii-izmcrcnie-i-kontrol (дата обращения: 23.012021).

5. Junior М. V. et al. The role of tool presetting in milling stability uncertainty //Frocedia Manufacturing. - 2018. -T. 26. - C. 164-172.

6. Дмитриев С.И., Ершова И.Г. Метрологическое обеспечение производства в машиностроении: курс лекций Псков : Издательство ППИ, 2011. 180 е.: нл.

7. Могеу В. Tools for managing tools. Manufacturing Engineering. 2017. V. 158. No. 4. P. 59 65.