Цифровое моделирование при обработке литейных моделей из древесины и древесных материалов на станках токарной группы

УДК

674.023

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.1.166

Аннотация

Высокие требования к качеству и срокам изготовления продукции, выпускаемой судостроительной промышленностью, вызывают необходимость совершенствования технологий на всех этапах ее изготовления, начиная с получения литых заготовок. Модельную оснастку для крупногабаритных отливок в условиях единичного и мелкосерийного производства изготовляют из древесины и древесных материалов, что связано с большим разбросом типоразмерных характеристик при значительной номенклатуре изделий. Механическую обработку таких литейных моделей в виде тел вращения со сложным осевым профилем производят на станках токарной группы с единым электромеханическим копировальным приводом по двум осям. Замена копировальной системы управления на числовую позволила не только модернизировать станок, но и изменить технологию подготовки производства и сам процесс обработки литейной модели на станке. Нами создана цифровая модель осевого профиля изделия, состоящая из математического описания номинального контура, в виде дискретного набора точек и алгоритма слежения системой числового программного управления за точностью его воспроизведения режущим инструментом во время обработки на основе использования принципов широтно-импульсного управления электромагнитной муфтой главного привода станка. На специально разработанной микропроцессорной модели станка 1525 в лабораторных условиях протестировано программное обеспечение, реализующее цифровую модель осевого профиля поверхности вращения литейной модели из древесины. Использование разработанной цифровой модели при замене копировальной системы управления станком на числовое программное управление позволяет значительно снизить технологическую трудоемкость и затраты на изготовление из древесины и древесно-композитных материалов крупногабаритных литейных моделей с поверхностями вращения.

Сведения об авторах

Ф.В. Черепенин, канд. техн. наук, проф.

С.М. Сковпень, канд. техн. наук, проф.

Д.А. Ульяничев, асп.

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, филиал в
г. Северодвинске, ул. Капитана Воронина, д. 6, г. Северодвинск, Россия, 164500;

e-mail: ulyanichevda@gmail.com

Ключевые слова

литейная модель из древесины, одноприводные копировальные станки, числовое программное управление, широтно-импульсное управление, дискретное описание профиля

Для цитирования

Черепенин Ф.В., Сковпень С.М., Ульяничев Д.А. Цифровое моделирование при обработке литейных моделей из древесины и древесных материалов на станках токарной группы // Лесн. журн. 2017. № 1. С. 166–176. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.166

Литература

1. Амалицкий В.В., Санев В.И. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий. М.: Экология, 1992. 480 с.

2. Глебов И.Т. Резание древесины. Екатеринбург: УГЛТУ, 2007. 228 с.

3. Кремлева Л.В., Варенников И.Л., Харитоненко В.Т. Функциональная модель САПР технологических процессов изготовления деревянных модельных комплек-
тов // Лесн. журн. 2010. № 1. С. 71–77. (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Кремлева Л.В., Малыгин В.И., Вареников И.Л. Влияние технико-экономических показателей деревообрабатывающего модельного производства на методологию автоматизации его технической подготовки // Лесн. журн. 2010. № 5.
С. 70–74. (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб.: Питер, 2004. 560 c.

6. Малыгин В.И., Черепенин Ф.В., Сковпень С.М., Лобанов Н.В. Интеллектуальные системы управления копировальных станков с асинхронным электроприводом // Вестн. СПбО АИН. 2010. № 7. С. 272–283.

7. Малыгин В.И., Черепенин Ф.В., Сковпень С.М., Лобанов Н.В. Повышение качества управления фрезерным станком модели 2А656Ф11 // Технология машиностроения. 2015. № 5. С. 26–28.

8. Устройство числового программного управления NC-201M. Руководство по эксплуатации. СПб.: Балт-Систем, 2009. 132 с.

9. Черепенин Ф.В., Сковпень С.М. Микропроцессорная модель карусельного станка 1525 для отладки программного обеспечения УЧПУ NC-201M // Вопросы технологии, эффективности и надежности. 2010. Вып. № 23. С. 60–66.

10. Malygin V.I., Cherepenin F.V., Skovpen’ S.M., Lobanov N.V. Modernizing the Control System of the 2A656F11 Milling and Boring Machine. Russian Engineering Research, 2014, vol. 34, no. 10, pp. 637–640.

11. Malygin V.I., Cherepenin F.V., Skovpen’ S.M., Ul’anichev D.A. Control of Metal-Cutting Machines with a Single Primary Drive and an Automatic Gearbox. Russian Engineering Research, 2014, vol. 34, no. 3, pp. 163–167.

12. Sotiris L. Omirou. Space Curve Interpolation for CNC Machines. J. of Materials Processing Technology, 2003, vol. 141(3), pp. 343–350. 

Поступила 24.10.16

Ссылка на английскую версию:

Digital Simulation when Wood and Wood-Based Materials Casting Patterns Processing on the Turning Lathes

UDC 674.023

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.166

Digital Simulation when Wood and Wood-Based Materials Casting Patterns

Processing on the Turning Lathes

F.V. Cherepenin, Candidate of Engineering Sciences, Professor

S.M. Skovpen’, Candidate of Engineering Sciences, Professor

D.A. Ul’yanichev, Postgraduate Student

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Severodvinsk Branch, Kapitana Voronina ul., 6, Severodvinsk, 164500, Russian Federation; e-mail: ulyanichevda@gmail.com

High standards of quality and time of manufacturing of the shipbuilding industry products cause the need to improve technologies at all stages of production, starting from the casting blocks obtaining. Pattern equipment for large-sized castings in terms of single piece and limited production is made from wood and wood-based materials, because of the large differences in standard characteristics with a significant range of products. The mechanical treatment of such casting models in the form of bodies of revolution with a complex axial profile is produced on the machines of the turning group with a single electromechanical stylus drive in two axes. The replacement of the LMFC system by the digital control system allows upgrading the machine and changing the technology of production preparation and the processing of a casting pattern on the machine. The paper presents the digital model of an product axial profile consisting of a mathematical description of the nominal contour in the form of a discrete set of points and the tracking algorithm of a CNC system for the playback accuracy of a cutting tool during processing on the basis of the pulse-width control principles of the electromagnetic clutch of the main drive gear. The software implementing a digital model of the axial profile of a revolution surface of a wood casting pattern is tested on a specially developed microprocessor-based machine of the 1525 model in the laboratory conditions. The use of the developed digital model when replacing the LMFC system by the CNC can significantly reduce the technological complexity and costs associated with the manufacturing of large-sized casting patterns with wood and wood-based materials revolution surfaces.

Keywords: wood casting pattern, single primary drive, copying lathe, computerized numerical control (CNC), pulse-width control, discrete profile description.

REFERENCES

1. Amalitskiy V.V., Sanev V.I. Oborudovanie i instrument derevoobrabatyvayushchikh predpriyatiy [Equipment and Tools of Woodworking Enterprises]. Moscow, 1992. 480 p.

2.  Glebov I.T. Rezanie drevesiny [Wood Cutting]. Yekaterinburg, 2007. 228 p.

3. Malygin V.I., Kremleva L.V., Kharitonenko V.T., Varenikov I.L. Funktsional'naya model' SAPR tekhnologicheskikh protsessov izgotovleniya derevyannykh model'nykh komplektov [Functional Model of CAD Engineering Processes for Manufacturing Wooden Prototyping Kits]. Lesnoy zhurnal, 2010, no. 1, pp. 71–77.

4. Malygin V.I., Kremleva L.V., Kharitonenko V.T. Vliyanie tekhniko-ekonomicheskikh pokazateley derevoobrabatyvayushchego model'nogo proizvodstva na metodologiyu avtomatizatsii ego tekhnicheskoy podgotovki [Influence of Engineering-and-Economical Performance of Woodworking Model Enterprise on Automation Methodology of its Manufacturing System]. Lesnoy zhurnal, 2010, no. 2, pp. 70–74.

5. Li K. Osnovy SAPR (CAD/CAM/CAE) [Fundamentals of CAD (CAD / CAM / CAE)]. Saint Petersburg, 2004. 560 p.

6. Malygin V.I., Cherepenin, F.V., Skovpen' S.M., Lobanov N.V. Intellektual'nye sistemy upravleniya kopiroval'nykh stankov s asinkhronnym elektroprivodom [Intelligent Copying Machine Control Systems with Asynchronous Drive]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo otdeleniya Akademii inzhenernykh nauk [Bulletin of the St. Petersburg Branch of the Academy of Engineering Sciences], 2010, no. 7, pp. 272–283.

7. Malygin V.I., Cherepenin F.V., Skovpen' S.M., Lobanov N.V. Povyshenie kachestva upravleniya frezernym stankom modeli 2A656F11 [Improving the Control Quality by a Milling Machine of the Model 2A656F11]. Tekhnologiya mashinostroeniya, 2015, no. 5, pp. 26–28.

8. Ustroystvo chislovogo programmnogo upravleniya NC-201M. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Numerical Control Unit NC-201M]. Saint Petersburg, 2009. 132 p.

9. Cherepenin F.V., Skovpen' S.M. Mikroprotsessornaya model' karusel'nogo stanka 1525 dlya otladki programmnogo obespecheniya UChPU NC-201M [Microprocessor Model of a Carousel Machine 1525 for CNC NC-201M Software Debugging]. Voprosy tekhnologii, effektivnosti i nadezhnosti, 2010, no. 23, pp. 60–66.

10. Malygin V.I., Cherepenin F.V., Skovpen’ S.M., Lobanov N.V. Modernizing the Control System of the 2A656F11 Milling and Boring Machine. Russian Engineering Research, 2014, vol. 34, no. 10, pp. 637–640.

11. Malygin V.I., Cherepenin F.V., Skovpen’ S.M., Ul’anichev D.A. Control of Metal-Cutting Machines with a Single Primary Drive and an Automatic Gearbox. Russian Engineering Research, 2014, vol. 34, no. 3, pp. 163–167.

12. Sotiris L. Omirou. Space Curve Interpolation for CNC Machines. J. of Materials Processing Technology, 2003, vol. 141(3), pp. 343–350.

 

Received on October 24, 2016