В эпоху «Индустрии 4.0» цифровизация процессов металлообработки приобретает все большее значение. В современном машиностроении металлорежущие станки образуют основной парк промышленного оборудования. Ученые ЮУрГУ при сотрудничестве с мировым лидером по производству резьбообразующих инструментов – предприятием Vargus (Израиль) планируют совместно разрабатывать рекомендации по производству инструментов на многокоординатных станках с числовым программным управлением.
В Политехническом институте ЮУрГУ на кафедре технологии автоматизированного машиностроения в течение нескольких лет ведутся научные исследования по применению компьютеризированных станков и робототехнических систем для получения деталей со сложными формами поверхностей. Они крайне востребованы в производстве высокотехнологичных изделий. В 2018 году по результатам работы группы ученых кафедры и НИИ «Опытное машиностроение» вышла статья в высокорейтинговом научном журнале «International Journal of Automotive and Mechanical Engineering» (SCOPUS).
Цифровые технологии для современной промышленности
Современные станки с компьютерными системами управления позволяют расширить сферу их использования. Поэтому ученые Политехнического института ЮУрГУ поставили перед собой задачу нарезания специальных винтовых поверхностей, которые ранее на таких станках не получались.
«Наша работа выполняется в рамках стратегического направления развития механико-технологического факультета: «Цифровые технологии и роботизированные технологические системы в машиностроении» и тесно связана с выполнением государственного задания по теме «Суперкомпьютерный инжиниринг технологических процессов обработки высокоточных изделий машиностроения» под руководством доцента кафедры технологии автоматизированного машиностроения Дмитрия Ардашева», – рассказывает Игорь Щуров, зам. директора Политехнического института ЮУрГУ, профессор, доктор технических наук.
.jpg)
По приглашению специалистов-инструментальщиков в рамках Программы Национального исследовательского университета ЮУрГУ профессор Игорь Щуров был направлен на ведущие предприятия Израиля по производству инструментария. Одно из таких предприятий, компания Vargus, является мировым лидером по производству резьбообразующих инструментов. Особенность электронных каталогов данной компании в следующем:
«Можно выбрать не только сам инструмент, но и сразу же для него получить управляющую программу работы исполнительных органов станков. К числу наиболее производительных резьбообразующих инструментов относятся так называемые фрезы для планетарного резьбофрезерования. В последние годы они получают все большее распространение. Причиной такой популярности является, прежде всего, высокая производительность фрез, универсальность и минимум повреждения деталей из-за поломок инструментов. Несмотря на это, в каталогах Vargus и других подобных производителей фрезы для достаточно популярных резьб упорного профиля отсутствуют».
Укрощение упорной резьбы
Предварительное исследование показало, что причиной этого является принципиальная невозможность применения таких фрез для получения всех подобных внутренних резьб. Все это связано с так называемым явлением огибания при формообразовании дисковыми инструментами винтовых поверхностей.
«Винтовые поверхности обычного метрического профиля получаются практически всегда. Однако винтовые поверхности так называемого упорного профиля стали в этом случае проблемой. В связи с этим, данные поверхности сегодня получают только относительно малопроизводительным точением. Именно такие противоречия, когда что-то хочется получить, а сделать это принципиально невозможно и являются предметом научных исследований специалистов по металлообработке», – поясняет Игорь Алексеевич.
Данная задача была поставлена аспиранту Елене Немытовой и стала предметом ее будущей кандидатской диссертации. Разработка математических моделей и последующие расчеты позволили выявить геометрические параметры резьб и инструментов, при которых все же можно применять планетарное резьбофрезерование для упорных резьб.
«Это уже полдела для технологов, когда они могут применить производительный процесс теперь уже в известных им случаях: это резьбы большого диаметра и малых шагов, – подчеркивает Игорь Щуров. – Такие резьбы применяются в трубной промышленности. Однако были и другие детали, детали специального назначения, в которых данный процесс оказался невозможным. Для них был предложен компромиссный вариант: одним и тем же инструментом сначала удалить во впадинах резьбы основную часть металла, а далее, на последнем проходе, довести форму и размеры до требуемых значений. Появилась задача определения рациональных размеров и формы такого нового инструмента».
.jpg)
Пятикоординатный компьютеризированный обрабатывающий центр в НИИ «Опытного машиностроения» ЮУрГУ
Практические эксперименты в НИИ опытного машиностроения
Ученым были организованы эксперименты в лаборатории машиностроения научно исследовательского института опытного машиностроения ЮУрГУ. При поддержке его директора Рамиля Закирова и с помощью инженеров лаборатории и инженеров кафедры удалось выполнить верификацию теоретических положений и применить фрезерование упорных резьб на многокоординатных станках с ЧПУ (числовым программным управлением).
«К сожалению, не все проблемы удалось сразу решить: эксперимент показал, что одного геометрического моделирования оказалось недостаточно; некоторые физические явления такого процесса резания оказались неблагоприятными, качество поверхности, соответственно, неидеально, – признает Игорь Щуров. – Кроме того, вскрылись и некоторые недостатки самого компьютеризированного оборудования: необходимо дополнительное усовершенствование компьютеризированной системы управления станком и генерирование управляющей программы на другой основе».
Однако, это уже тема для дальнейших исследований.