مقاله بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری برای استفاده در ماشینهای ابزار تراش CNC

word قابل ویرایش
17 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری برای استفاده در ماشینهای ابزار تراش CNC

چکیده
پارامترهای ماشینکاری یکی از مهمترین مباحث در سیستمهای برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر(CAPP)می باشد.
در تحغیغی که صورت گرفته است معیار ترکیبی هزینه و زمان تولید به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است . توسط نرک افزاری که به منظور بهینه سازی پارامترها تهیه شده است ، ابتدا محاسبات اولیه همانند محدودیت های ماشینکاری صورت پذیرفته و سپس بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری برای قطعه کار مورد نظر صورت می پذیرد. الگوریتم به کار رفته برای بهینه سازی الگوریتم سیمپقکس نقدر و مید و الگوریتم ژنتیک می باشد، که در نهایت با یکدیگر مغایسه شده اند. داشتن بانک نرک افزاری جنس قطعه کار، ابزار و ماشین ابزار از ویژگیهای نرک افزار تهیه شده می باشد.
واژه های کلیدی : بهینه سازی – پارامترهای ماشینکاری – CAPP – الگوریتم ژنتیک سمبل ها, علائم و واحدها

١- مقدمه
ماشینکاری یکی از پر کاربرد ترین فرایندهای ساخت و تولید می باشد و نغش کقیدی را در کیعیت اکثر محصولات ایعاء می کند. طبق تخمینی که زده می شود ۸۰ درصد از زمان تولیدی محصولات نهایی در سیستمهای ساخت و تولید مدرن ماشینکاری می باشد. در مغایسه با اینکه در ماشین ابزارهای سنتی فغط ۵ درصد زمان تولید، عملیات ماشینکاری می باشد. با این اطلاعات معنی و معهوک و عقت بهینه سازی عملیات ماشینکاری برای اقتصادی بودن آن بهتر و روشن تر می شود[۱]. یکپارچه سازی سیستم های ساخت و تولید، و به عبارت دیگر CIM یکی از مهمترین موضوعات برای رسیدن به اتوماسیون و انعطاف پذیری کامق ، به همراه سیستم مدیریتی و تجاری می باشد، که امروزه به دلیق لحاظ شدن بهره وری و اتوماسیون بالا در این سیستمها از اهمیت خاصی برخوردار است . ماشینکاری جزء جدائی ناپذیر سیستمهای تولیدی می باشد، و این قسمت نیز باید دارای اتوماسیون و بهره وری بالا باشد و به همین دلیق ارتباط بین طراحی و ساخت در ماشینکاری جقوه پیدا می کند. انتخاب پارامترهای ماشینکاری ، یکی از مهمترین بخشهای سیستم برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر (CAPP) می باشد، ولی این امر مهم در اکثر نرک افزارهای ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) کم اهمیت جقوه می کند، و به تحقیق سطحی پارامترها بسنده می شود در صورتی که برای داشتن بهره وری ، این موضوع از اهمیت خاصی برخوردار است . به عنوان مثال برای دقت در تجزیه و تحقیق و بیان پیچیدگی فرایند ماشینکاری با افزایش پارامترهای برشی صرفه اقتصادی بیشتری می توان داشت تا اینکه عمر ابزار را با کاهش پارامترهای برشی افزایش دهیم . یعنی افزایش ۲۰% در پارامترهای برشی ۱۵% کاهش را در هزینه کق تولید در بر خواهد داشت ولی افزایش عمر ابزار تا ۵۰% فغط ۱% هزینه کق تولید را کاهش می دهد[۲].
اطلاعات موجود برای پارامترهای ماشینکاری اکثرًا به صورت مراجع و کاتالوگ های فنی سازندگان ابزار ها که به صورت تغریبی ومحافظه کارانه است ، می باشد و یا به تجربه افراد در حد دانش آنها نسبت به زوج ماده قطعه کار و ابزار بستگی دارد.
پیدا کردن شرایط بهینه ماشینکاری از زمان تیقور(Taylor) که رابطه عمر ابزار را بر حسب سرعت برشی بدست آورد آغاز شد[۴-۳]. کارهای گسترده تیقور در این زمینه طبیعت پیچیده عملیات بهینه سازی را بیشتر روشن کرد[۵].
ایواتا (Iwata) و همکارانش فرایند چند مرحقه ای را بهینه کردند و از روش برنامه ریزی پویا و تصادفی برای این کار استعاده کردند. در این تحغیق رابطه عمر ابزار تغابقی بین سرعت برشی ، پیشروی و عمق برشی می باشد و از تابع هدف حداقق هزینه برای بهینه سازی استعاده شده است [۶]. رائو(Rao) و همکارش ، انتخاب کامپیوتری شرایط بهینه ماشینکاری برای عملیات چند مرحقه ای را مورد بحث و تحقیق قرار دادند. در این کار از روش بهینه سازی نامغید ترتیبی (Sequential) استعاده شده است [۷]. ساف ویتایاونگ (Sukvittayawong) و همکارش بهینه سازی عملیات تراشکاری را با استعاده از اندازه گیری مستغیم نیرو و اعمال نسبت نیروهای اندازه گیری شده انجاک دادند[۸].
آگاپیو(Agapiou) توسط تحغیغات گسترده ای که در زمینه بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری انجاک داد، توانست عملیات تک مرحقه ای و چندمرحقه ای و چند عمقیاتی را با استعاده از روشهای برنامه ریزی پویا و سیمپقکس غیر خطی به صورت عددی و تئوری بهینه سازی کند[۹-۱۰-۱۱-۱۲]. جنگ (Jang) و همکارش روش بهینه سازی غیر مغید همراه با تابع جریمه خارجی را برای بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری به منظور رسیدن به کیعیت سطح تعیین شده در عملیات تک مرحقه ای به کار بردند[۱۳]. زوپرل (Zuperl) و کاس (Cus)، بر اساس تحغیغی که انجاک دادند، تابع هدف به کار رفته در بهینه سازی را بر اساس شبکه های عصبی برای بهینه سازی هنگاک ماشینکاری ارائه کردند
[۱۴]. دنیز(Diniz) و همکارش شرایط ماشینکاری را در شرایط خشک برشی (در مغایسه با استعاده از مایع خنک کننده )به دست آوردند و نشان دادند که توان کمتری در شرایط خشک لازک است ولی صافی سطح پایین تر می باشد.
همچنین نشان دادند که افزایش شعاع نوف ابزار طول عمر ابزار و نیروهای ماشینکاری را افزایش می دهد. و نشان دادند که می توان با کاهش سرعت برشی و افزایش سرعت پیشروی و شعاع نوف ابزار استعاده از مایع خنک کننده را کنار گذاشت [۱۵].
بیشتر کارهای انجاک شده بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری به صورت تک معیاری همانند هزینه یا زمان تولید بوده است . و همچنین در بعضی کارها روابط به صورت خطی تبدیل شده است که در واقع درست نمی باشد. کار بهینه سازی با در نظر گرفتن محدودیت های تکنولوژیکی قابق اندازه گیری (همانند عمر ابزار، توان مورد نیاز ماشین ، کیعیت سطح نهایی و غیره ) و توجه به خصوصیات ماشین ابزار، ابزارهای برشی و قطعه کار که محدوده وضعیت برشی را به وجود می آورند، صورت می پذیرد. این مشکلات توسط بعضی از محغغین توسط برخی از برنامه های آماده ریاضی و تکنیک های جستجوی عددی برای فراهم کردن شرایط بهینه برشی حق شده است . احتمال پیدا شدن بهینه موضعی به جای بهینه عمومی و نهایی و همچنین زمان زیاد فرایند حق مسئقه در کارهای انجاک شده وجود دارد. در این کارها محدوده و شرایط دقیغاً مشخص می شود در صورتی که در حالت واقعی متغّیر هستند. همچنین برای فرایند ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) زمان جوابگویی الگوریتم خیقی مهم و کقیدی میباشد، به خصوص در سیستمهای کنترل وفغی (Adaptive Control) که به کنترل همزمان پارامترها نیاز دارند، لزوک سرعت بالا به شدت محسوس می باشد.
در نرک افزاری که با استعاده از محیط برنامه نویسی Visual Basic به منظور بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری تهیه شده است عملیات تک مرحقه ای وچند مرحقه ای ، در عملیات تراشکاری (Turning) بهینه سازی می شود، و به راحتی می توان آن را برای دیگر فرایندهای ماشینکاری گسترش داد.
٢- ساختار فرایند بهینه سازی
برای انجاک فرایند بهینه سازی مراحقی در نظر گرفته شده است که این مراحق در شکق (۱) نشان داده شده است . این ساختار در طراحی و اجرای نرک افزار بهینه سازی رعایت شده است . در این نرک افزار امکان وارد کردن مشخصات شکق هندسی قطعه کار بصورت عددی و نغشه (CAD) آن وجود دارد. محدودیت ماشین ابزار و دیگر متغیرها و محدودیتهای فرایند از طریق نرک افزار و بانک اطلاعاتی موجود در نرک افزار امکان پذیر می باشد .

٣- بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری
دستیابی به بهترین نتیجه در شرایط داده شده را بهینه سازی می گویند. در یک فرایند بهینه سازی باید شرایط درستی عمقکرد موردنظر و همچنین نتیجه گیری مشخص باشد. به عبارت دیگر تابع هدف موردنظر و شرایط درستی آن باید به روشنی تعریف شده و روشن باشد. در ادامه تابع هدف و محدودیت های فرایند که در حغیغت شرایط درستی فرایند را مشخص می کند، تشریح می گردد.
۴- تابع هدف
معمولاً سرعت تولید، که در حغیغت زمان یا نرخ تولید می باشد بر اساس زمان مورد نیاز برای ساخت یک محصول ، اندازه گیری می شود که آن را می توان بر اساس نرخ برداشت ماده (Material Removal Rate)MRR و عمر ابزار بیان کرد[۱۴]. در حغیغت با افزایش نرخ برداشت ماده زمان تولید کاهش یافته و سرعت تولید افزایش پیدا می کند.
رابطه عمر ابزار به صورت رابطه (۱) در نظر گرفته می شود.

هزینه عملیات ماشینکاری بصورت هزینه برای هر محصول بیان می شود. دو عامق مهم ، عمر ابزار و زمان تولید مرتبط
با پارامترهای ماشینکاری هستند. هزینه عملیات به صورت زیر است :

هزینه بالاسری (Over head cost)Co خود شامق عوامق زیادی همچون استهلاف ماشین ، هزینه برغ ، مکان ، تعمیر و نگهداری و … می باشد.
اگر تابع هدف ترکیبی از زمان ، هزینه تولید و تابع جریمه خارجی باشد. در این صورت تابع هدف که به صورت زیر و نرمالیزه می باشد بدست می آید. در این رابطه g محدودیت های فرایند می باشد.

در رابطه (۴) Cmin و Tmin از جاگذاری سرعت برشی به ترتیب در حالت هزینه و زمان حداقق در روابط (۳) و(۲) بدست می آید. و علامت عملگری برای اعمال تابع جریمه خارجی در تابع هدف می باشد. عملگر تابع جریمه عدد صعر را برگشت می دهد اگر مقدار داخقی آن کمتر از صعر باشد، در غیر اینصورت برابر با مقدار خود تابع می باشد. rk یک مقدار ثابت مثبت به عنوان پارامتر جریمه می باشد که به صورت مناسب از ۱ تا ۱۰۰۰ انتخاب می گردد. سرعت برشی در حالت هزینه حداقق از رابطه (۵) و در حالت حداقق زمان از رابطه (۶) بدست می آید. لازک به ذکر است که این روابط از مشتق گرفتن و مساوی صعر قرار دادن روابط (۳) و(۲) بدست آمده است .

۵- محدودیت ها در فرایند
برای ترکیب ابزار، قطعه کار و ماشین ابزار محدودیت هایی برای رسیدن به مقدار بهینه شرایط ماشینکاری وجود دارد که به صورت رابطه (۷) بیان می گردد.

که در آن تعداد محدودیت ها می باشد. در سیستمهای ماشینکاری مدرن محدودیت های زیادی ممکن است وجود داشته باشد[۱۴]. در زیر تعدادی از محدودیت ها معرفی و روابط آنها بیان می گردد.
۵-١ قابلیت شکستن براده
این محدودیت برای پیشروی f و عمق برشی a اعمال می گردد.

اگر محدودیت عمق برشی مستغق از پیشروی باشد داریم :

۵-٢ هندسه ابزار
عمق برشی و پیشروی با هندسه ابزار، محدود می گردد.

۵-٣ کیفیت سطح نهایی
یکی از مهمترین محدودیت ها به خصوص در عملیات نهایی پرداخت کاری ، کیعیت سطح می باشد. با توجه به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته است [۱۳]، کیعیت سطح برابر است با:

۵-۴ حداکثر سرعت دوران
محدوده حداکثر سرعت برشی را می توان به صورت دوران ماشین بدست آورد.

۵-۵ حداکثر توان موتور ماشین ابزار
حداکثر توان موتور برای ایجاد نیروی اصقی برشی به صورت رابطه زیر می باشد:

و در ماشینکاری فولاد

۵-۶ حدود و محدودیت های نیرو
نیروهای برشی با عوامقی همانند شکست ابزار، لغزش قطعه کار بین سه نظاک و دقت ابعادی که با منحرف شدن ابزار و قطعه کار بوجود می آید، محدود می گردنند.
رابطه هایی که برای محاسبه نیرو ، به کار می روند متعاوت می باشند که از آنها می توان به روابط نظری و تئوری همانند تئوری ارنست – مرجنت و لی – شافر و روابط تجربی آماری ناک برد. در زیر تابع رگرسیون (Regression) که از طریق آماری بدست می آید برای برش سه بعدی ارائه شده است .

در حغیغت با استعاده رابطه (۱۸) مقدار نیروهای ماشینکاری به صورت تخمینی بدست می آید.
برایند برداری نیروها عبارت است از :

۵-٧ دمای ماشینکاری
برای محاسبه و اندازه گیری دما روشهای متنوع و گسترده ای در مراجع مختقف ارائه شده است که در اینجا به دو نمونه اشاره می شود.

این رابطه برای ماشینکاری فولاد صحت دارد. و همچنین از مرجع دیگر داریم :

۵-٨ تاثیر سایش ابزار بر فرایند

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 17 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد