Современная электроника №6/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Прогнозирование качества шлифования с помощью цифрового двойника В статье рассмотрена верхнеуровневая модель процесса шлифования и способы прогнозирования качества шлифования с помощью цифрового двойника. Описана архитектура процесса шлифования, использующая цифровой двойник и основные положения, на которых основывается прогнозная модель. Борис Соловьёв (РТУ МИРЭА) Введение Для любого технологического про- изводства всегда актуальна задача снижения трудоёмкости операций и себестоимости изготовления деталей с обеспечением заданных показате- лей качества. В современных научных исследованиях прослеживается поиск совершенствования методов шлифо- вания, применяющихся на различ- ных производствах. Одним из откры- тых вопросов является оптимизация инструментообеспечения при шлифо- вальных операциях на станках с ЧПУ. Основная часть На данный момент на производствах можно отметить 2 подхода к обработке заготовок при шлифовании: 1)на станке с ЧПУ автоматизирова- на отслеживаемость состояния ин- струмента и его правка при необхо- димости; 2) на станке с ЧПУ такой автоматиза- ции нет. В первом случае, когда оценка износа шлифовального круга и осуществление его правки уже полностью автоматизи- рованы, надобность в моделировании процесса для осуществления монито- ринга с целью оптимизации инстру- ментообеспечения и разработке цифрового двойника данного техно- логического процесса отпадает. Во втором же случае оператору или диспетчеру производства нужно само- стоятельно отслеживать, выправлять и заменять инструмент с запасом по времени, при этом часто инструмент используется неэффективно. Особенно данные проблемы будут критичны в случае использования «кассетных» заготовок, когда в зону шлифования подаётся сразу несколь- ко заготовок, что приводит к увеличе- нию количества ударов шлифоваль- ного круга о заготовки [8]. При таком режиме гораздо труднее отследить точечные повреждения шлифовально- го круга, которые возникнут в резуль- тате частых столкновений, вследствие чего качество обработанной поверхно- сти понижается [7]. Для решения дан- ной проблемы наладчик обязан прове- рить изделие, выправить круг в случае необходимости и поставить обратно на станок или же заменить круг, если нет возможности провести правку [6]. Одним из вариантов решения данной проблемы является создание цифрово- го двойника на базе прогнозной модели. Для разработки данной модели огра- ничимся станками, которые не снабже- ны системой автоматической правки шлифовальных кругов. Рассмотрим групповое цеховое про- изводство, где шлифовальные станки с ЧПУ имеют схожие возможности и типовые конструкции, однако отли- чаются, в большинстве своём, линей- ными размерами [9]. При таком производстве маршрут инструмента задаётся через G-code (язык программирования устройств с числовым программным управлением (ЧПУ), и заготовка движется по опре- делённой траектории, что приводит к неравномерному износу шлифоваль- ного круга [3]. Важно отметить, что при таком режи- ме работы производства сложно подо- брать оптимальный по производитель- ности маршрут обработки изделий с минимальной затратой ресурсов. Прогнозная модель процесса шли- фования должна учитывать следую- щие факторы: ● прохождение инструмента (шлифо- вального круга) по заданной траекто- рии, аналогичной реальной траекто- рии на реальном станке; ● воздействие заготовки на шлифо- вальный круг, при котором возни- кает точечное стачивание заготовки; ● изменение параметров в программе и сравнение их с реальными данны- ми для корректировки; ● возможность составления програм- мы правки шлифовального круга по определённой заданной траектории в зависимости от износа, а также учёт изменения расстояния между шлифо- вальным кругом и заготовкой на ве- личину износа. Такая модель зависит от множества параметров, которые, в конечном ито- ге, определяют изменение состояния системы по их совокупности. Другими словами, данное условие необходимо для своевременной кор- ректировки оборудования и возможно- сти скорректировать состояние пара- метров при моделировании в реальном времени. В настоящей работе рассматривается случай, когда обрабатываемая поверх- ность заготовки меньше ширинышли- фовального круга. В таком случае у нас будут образовываться бороздки, кото- рые будут влиять на качество шлифо- вания [4]. Для примера можно рассмотреть головку самореза и шлифовальный круг, где заготовка имеет диаметр 7 мм, а ширина круга 10 мм. Рассмотрим верхнеуровневую модель данного процесса шлифования. Для составления прогнозной модели нам необходимо разделить шлифоваль- ный круг на равные сектора и рассмо- треть их неравномерное стачивание [2]. Далее должны быть определены пара- метры, которые мы можем отслеживать и корректировать в модели: ● термические параметры [5]; ● частота вращения и сила резания; ● зависимость снижения качества шли- фования от времени; ● влияние динамических воздействий; ● физико-химические свойства мате- риалов заготовки и инструмента; Так как точно описать и спрогнози- ровать поведение параметров систе- мы в данном процессе практически невозможно, а параметры системы зависят друг от друга согласно опи- санным законам [10], то необходимо воспользоваться Байесовской вероят- ностью [1].