Л.Т. Моисеева, М.В. Соломина,
(КГТУ им. АН. Туполева, г. Казань)
Зависимость основных экономических критериев (трудоемкости, себестоимости, прибыли) от режимов резания носит экстремальный характер. Поэтому перевод действующего оборудования на оптимальные режимы является значительным резервом повышения эффективности обработки в условиях рыночной экономики.
Решение задачи минимизации трудоемкости фрезерования лопаток ГТД связано с определением оптимальных режимов обработки участков различной кривизны. А именно, интенсивность этой операции определяется двумя управляемыми факторами (режимами): скоростью резания V (м/мин) и подачей фрезы S (мм/зуб) вдоль траектории обработки заготовки. Одним из подходов решения таких задач является широкое применение методов экспериментальной оптимизации операций технологического процесса.
Для поиска оптимальных режимов S, V, обеспечивающих
используется метод крутого восхождения по поверхности отклика. Проведен вычислительный эксперимент по определению оптимальных режимов V и S при фрезеровании комплекса трактовых поверхностей лопатки пятой ступени компрессора низкого давления ГТД.
Для данной обработки используется фрезерный станок с ЧПУ NX-155 фирмы "Starrag", на котором одновременно обрабатывается 5 заготовок.
Операция обработки одной лопатки состоит из четырех переходов:
1) обработка входной и выходной кромок;
2) обработка участка сопряжения профиля пера лопатки с поверхностью хвостовика;
3) обработка трактовой поверхности с радиусом сопряжения хвостовика:
4) обработка пера лопатки.
Трудоемкость обработки одной заготовки определяется как суму , трудоемкостей обработки каждого из участков:
(1)
где τi - трудоемкость обработки каждого из участков лопатки.
(2)
где τв, τо и τi - соответственно вспомогательное, основное и инструментальное время, отнесенное к одной обработанной заготовке. Подставив в это выражение значения:
(3, 4)
Здесь Li - длина рабочего хода фрезы на i-м участке; Si - подача на зуб фрезы на i -м участке заготовки; ni - частота вращения фрезы на i-м участке; Z - количество зубьев фрезы; d - диаметр фрезы.
(5)
где τ1 - затраты времени на одну смену изношенного инструмента: τ0i - основное время для i-го участка; Тi - стойкость инструмента для постоянных режимов i -го участка.
Таким образом, целевая функция имеет вид:
(6)
При поиске V и S, минимизирующих τш, должен быть учтен ряд ограничений, обеспечивающих качество операции (точность, шероховатость, отсутствие поломок и т.д.). Существенными являются ограничения:
• по стойкости инструмента: Т > τ0
• по шероховатости: S < S∆ = 0.6 мм/зуб.; (Rz = 60 мкм) V < V∆ = 100 м/мин.;
Алгоритм работы программы расчета включает следующие этапы:
1. Ввод исходных данных для четырех участков: базовые значения и интервалы варьирования, вспомогательное время, инструментальное время.
2. Расчет координат вектора-градиента для четырех участков.
3. Определение оптимальных режимов для четырех участков.
4. Определение общей минимальной трудоемкости обработки.
В ходе вычислений получены оптимальные режимы (V, S) обработки для каждого участка лопатки:
1 участок (кромки): S = 0,0678 мм/зуб; V=100м/мин; τш =5.83 мин.
2 участок (участок сопряжения): S = 0.0621 мм/зуб; V=100м/мин; τш = 3,13 мин.
3 участок (радиус сопряжения, трактовая поверхность хвостовика): S = 0,0631 мм/зуб; V=100м/мин; τш =4,33 мин.
4 участок (спинка, корыто): S = 0,0623 мм/зуб; V = 100 м/мин; τш =16,5 мин.
Трудоемкость обработки одной заготовки:
В результате вычислений были найдены оптимальные режимы фрезерования поверхностей лопаток ГТД при работе на которых можно сократить трудоемкость обработки по сравнению с заводской в 1,5 раза.
