Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На основании проведенного анализа публикаций, вышедших за последний год с момента подачи заявки на грант, предложено использовать методы искусственного интеллекта в разработке методического обеспечения при создании АИС контроля управляющих программ ЧПУ. Применение искусственного интеллекта позволит решить совместно следующие задачи – прогнозирования точности обработки и оптимизации режимов резания при обработке партии деталей путем использования обученной сверточной нейронной сети, широко применяемой для распознавания образов. В результате станет возможным обучение нейронной сети не только на применяемых в заводских условиях циклах режимов резания (уже известных), но и на вновь создаваемых оптимальных циклах, гарантирующих стабильность показателей точности и качества при изготовлении партии деталей на станках с ЧПУ. Применение при разработке АИС контроля УП ЧПУ сверточной нейронной сети позволит повысить точность и стабильность производимых прогнозов благодаря учету влияния переменных технологических условий обработки, а также позволит решать одновременно две масштабных для машиностроения задачи – проектирования оптимальных циклов режимов резания и прогнозирования стабильности показателей точности и качества при изготовлении партии деталей. Разработана модель силы резания, которая устанавливает взаимосвязь между всеми составляющими силы резания и физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, геометрическими параметрами и характеристикой абразивного инструмента, режимами резания и др. основными технологическими параметрами технологического процесса плоского шлифования. Данная модель получена из обобщенной модели силы резания путем раскрытия технологических параметров, учитывающих кинематику процесса резания, площадь контакта круга с заготовкой и др. В ее основе находятся фундаментальные закономерности механики пластической деформации металла зернами круга в зоне резания. Данная модель в дальнейшем послужит основой для аналитической модели расчета глубины резания, позволяющей прогнозировать изменения технического размера и его погрешности. Произведено сравнение значений силы резания, полученных при помощи разработанной модели и установленных в ходе экспериментов у различных авторов. Статистическая обработка результатов по критерию Фишера показала, что разработанная модель силы резания адекватна результатам экспериментов при уровне значимости ∝ = 0,05. В результате можно сделать вывод об адекватности разработанной модели силы резания. Основываясь на полученной силовой модели процесса плоского шлифования, в данном научном проекте разработана модель расчета глубины резания, которая устанавливает взаимосвязь между величиной снимаемого припуска (глубиной резания), переменной жесткостью технологической системы по площади стола станка, радиальной составляющей силы резания и режимами резания, а также с др. основными технологическими параметрами (физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, геометрией зоны контакта круга с заготовкой, характеристикой круга и т.д.). Модель позволяет учитывать исходные неровности заготовки, которая поступает на операцию плоского шлифования, этап прерывистого резания, стратегии съема припуска, влияния переменных технологических факторов по формуле (исходного колебания размеров заготовки, степени затупления круга и др.). Расчет глубины резания осуществляется на каждом ходе стола и в каждом рассматриваемом сечении заготовки, т.е. на протяжении всего цикла плоского шлифования. В результате становится возможным прогнозирование точности и шероховатости обрабатываемой поверхности с учетом влияния переменных технологических факторов. Проведённая экспериментальная проверка описанных выше моделей показала их достоверность. Проведен расчет доверительных интервалов при заданной доверительной вероятности и квантилях для точечных оценок параметров генеральной совокупности в условиях влияния большого количества случайных факторов, вносящих в результаты измерений как случайную, так и систематическую погрешности. Экспериментальная проверка осуществлялась на плоскошлифовальном станке 3Л722А с использованием комплекта оборудования для регистрации и анализа сил резания KISTLER. Разработана локальная программа расчета текущих размеров обрабатываемой поверхности на протяжении всего цикла плоского шлифования в среде VS 2021 C++. Данная программа является переведенной в цифровой код аналитической моделью расчета глубины резания. Иначе говоря, цифровым двойником процесса плоского шлифования. В дальнейшем на второй год исследования планируется использовать данный написанный программный код в другой более масштабной программы, предназначенной для контроля управляющих программ на возможность обеспечения заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности при обработке партии деталей на операциях плоского шлифования с ЧПУ. Создана модель расчета рассеивания погрешности размеров, формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, которая позволяет оценивать погрешность высотных размеров и отклонения от прямолинейности, плоскостности, параллельности. Моделирование осуществляется на основании расчетных значений высотных размеров, полученных в разных сечениях при моделировании процесса съема с учетом влияния переменных условий обработки. Процесс формообразования шлифуемой поверхности в большей степени зависит от условий обработки. В каждом сечении технологический высотный размер будет иметь свое значение. В результате, получаем облако расчетных точек рассеивания размеров при обработке заготовки в различных условиях. По совокупности полученного облака точек, получаем расчетные значения для всех видов погрешностей. При прогнозировании погрешностей формы и расположения поверхностей, необходимо рассчитывать предельные расстояния от облака точек до прилегающего элемента (прилегающей прямой или плоскости). Моделирование положения прилегающего элемента проводится путем его проведения через облако расчетных точек с использованием метода наименьших квадратов. В дальнейшем расчетные значения погрешности обработки сравниваются с соответствующими допустимыми значениями, указанными на чертеже детали, и далее, делается прогноз о наличии брака, если облако точек выходит за предельные значения чертежного допуска Разработан паспорт управляющей программы для операций плоского шлифования с ЧПУ, который содержит в себе графическую часть, сводную таблицу и текстовую часть, которая включает условия возникновения брака и заключение о годности управляющей программы. В графической части паспорта для удобства восприятия изображены поля допуска детали и полученные значения отклонений для различных условий обработки. Сводная таблица содержит в себе данные необходимые для моделирования процесса съема металла при плоском шлифовании, данные о рассматриваемых пограничных условиях обработки, результаты прогнозирования стабильности показателей точности и качества. В дальнейшем, предлагается сделать структуру и состав паспорта УП ЧПУ гибкими, способными подстраиваться под определенные производственные условия, в которых используется разработанное программное обеспечение.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Разработана аналитическая модель расчета параметров шероховатости обрабатываемой поверхности, которая устанавливает взаимосвязь между шероховатостью обрабатываемой поверхности, характеристикой и степенью затупления шлифовального круга, режимом резания, прочностью абразивных зерен и связки, площадью контакта круга с заготовкой на операции плоского шлифования. В основе данной модели находится аналитической взаимосвязь параметров рельефа рабочей поверхности круга с микрорельефом обрабатываемой поверхности, режимом резания и с прочностными показателями абразивного зерна и связки, предложенная и доказанная Исаковым В.М. Данная модель позволяет рассчитывать шероховатость обрабатываемой поверхности, формирующейся в цикле плоского шлифования с ЧПУ, и в дальнейшем может быть использована для прогнозирования возможности получения заданных параметров шероховатости при обработке партии детали с учетом влияния переменных технологических факторов. Адекватность разработанной модели расчета шероховатости получила подтверждение экспериментальным путем. Разработана методика у контроля управляющих программ для станков с ЧПУ (УП ЧПУ) на возможность обеспечения точности и шероховатости обработанной поверхности при плоском шлифовании с ЧПУ партии деталей, которая основывается на комплексе разработанных аналитических моделей (силовая модель процесса плоского шлифования, модель расчета глубины резания, модель расчета рассеивания погрешности размеров, формы и расположения обрабатываемых поверхностей, модель расчета параметров шероховатости обрабатываемой поверхности). Комплекс аналитических моделей устанавливает взаимосвязь между точностью, качеством, производительностью обработки и основными технологическими параметрами (глубиной резания, силой резания, режимами резания, физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, характеристикой и геометрическими параметрами шлифовального круга, его степенью затупления, технологическим размером и др.). В результате становится возможным расчет и прогнозирование изменения текущих размеров заготовки и шероховатости обрабатываемой поверхности на протяжении всего цикла плоского шлифования с ЧПУ. Перевод комплекса аналитических моделей в цифровой вид позволяет создать цифровой двойник операции плоского шлифования с ЧПУ. Наличие цифрового двойника процесса плоского шлифования, учитывающего различные переменные технологические факторы (колебание припуска, затупления круга и т.д.), позволяет производить в соответствие с методикой контроля УП ЧПУ имитационное моделирование множества вариантов различных условий обработки, возникающих в партии деталей в условиях серийного производства. Это делает возможным прогнозирование применимости в производстве УП ЧПУ с точки зрения обеспечения заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности при изготовлении партии деталей. Методика позволяет не только контролировать существующие и вновь разрабатываемые производственные циклы плоского шлифования на стабильность показателей точности и качества, но и определять причины возникновения брака. Такая цифровизация и автоматизация этапа контроля управляющих программ, реализуемых на станках с ЧПУ, позволит сократить материальные и временные затраты на подготовительном этапе производства, исключив этап адаптации проектируемых циклов к реальным производственным условиям (этап обработки пробных заготовок). Отметим, что методика также позволит анализировать причины возникновения брака по точности и шероховатости обрабатываемой поверхности для производственных циклов подач плоского шлифования с ЧПУ партии деталей и давать рекомендации по устранению брака. Адекватность разработанной методики контроля УП ЧПУ получила подтверждение экспериментальным путем. Составлен перечень переменных технологических параметров с диапазонами их возможного варьирования для моделирования процесса плоского шлифования партии деталей с учетом влияния переменных технологических факторов, а именно – колебание припуска на обработку в партии заготовок, а также колебание припуска на заготовках, установленных на столе станка; переменная жесткость стола плоскошлифовального станка по всей его площади; колебание затупления зерен круга; переменная длина шлифования при врезании с осевой подачей, а также из-за разрывов между установленными заготовками на столе станка и наличия различных конструктивных полостей в заготовке. Прогнозирование возможности обеспечения точности и качества обрабатываемой плоским шлифованием поверхности при изготовлении партии деталей возможно только при симуляции множества вариантов съема припуска. Это позволяет учитывать влияние случайных сочетаний значений переменных технологических факторов в диапазоне их варьирования. Разработаны локальные программы и получены свидетельства о государственной регистрации данных программ для ЭВМ: – «Моделирование глубины резания и технологического размера на операциях плоского шлифования с ЧПУ» свидетельство № 2023682848. Программа позволяет рассчитывать изменения глубины резания и технологического размера заготовки на протяжении всего цикла плоского шлифования с ЧПУ для заданных условий обработки и с учетом влияния переменных технологических факторов (исходных высотных размеров заготовки, колебания припуска в партии деталей и так далее). – «Моделирование параметров шероховатости, обрабатываемой поверхности плоским шлифованием» свидетельство № 2023682956. Программа позволяет рассчитывать параметров шероховатости поверхности, обрабатываемой плоским шлифованием, на протяжении всего цикла круглого шлифования с учетом влияния переменных технологических факторов. В результате становится возможным прогнозирование качества обрабатываемой поверхности; – «Прогнозирование возможности обеспечения заданной точности и качества поверхности, обрабатываемой плоским шлифованием с ЧПУ, при изготовлении партии деталей» свидетельство № 2023684029. Программа позволяет производить контроль управляющих программ, используемых на станках с ЧПУ, на возможность обеспечения заданной чертежом точности и качества обрабатываемой плоским шлифованием поверхности при изготовлении партии изделий. В результате становится возможным прогнозирование параметров точности и шероховатости на операциях плоского шлифования. Разработано техническое задание на создание АИС контроля УП ЧПУ на возможность обеспечения точности и шероховатости обрабатываемой поверхности при обработке партии деталей на операциях плоского шлифования с ЧПУ. Проведена экспериментальная проверка оценка адекватности аналитической модели расчета шероховатости обработанной плоским шлифованием поверхности. Отклонение расчетных величин от экспериментальных данных в широком диапазоне изменения режимов резания не превышает 15%. В результате можно сказать, что возможно использовать полученную аналитическую модель для расчета шероховатости на операциях плоского шлифования при прогнозировании стабильностей показателей качества обрабатываемой поверхности при изготовлении партии деталей. Проведена экспериментальная проверка - оценка адекватности методики контроля УП ЧПУ на возможность обеспечения точности и шероховатости обработанной поверхности при плоском шлифовании с ЧПУ проводилась путем сравнения результатов по точности обработки деталей на производстве по «устоявшемуся» технологическому процессу и расчетными данными, полученными в результате моделирования процесса формообразования технологического размера с учетом влияния переменных технологических факторов.