НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ НА ТЕМУ 1 Влияние конструктивнотехнологических факторов на точность лазерной обработки СТУДЕНТ РУКОВОДИТЕЛЬ ДЕМКОВИЧ Н. А. , ГР. 6659 Д. Т. Н. , ПРОФЕССОР ВАЛЕТОВ В. А. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

Цели и задачи работы 2 Рассмотреть возможности и особенности лазерной обработки на имеющемся оборудовании Найти подход к определению оптимального режима резания для данного материала и типа деталей Провести эксперимент по изготовлению деталей из тонколистового металла лазерным методом с замером величины прогиба детали Подготовить и обосновать предложение о переводе деталей типа «Прокладка контактная» на изготовление лазерным методом

3 Используемое оборудование Лазерный комплекс FMark -20 RL Иттербиевый волоконный лазер мощностью 20 Вт Рабочее поле 110 х110 мм Охлаждение автономное воздушное Скорость обработки от 1 до 5000 мм/сек 2 -х осевой сканатор RLA 1504 -AG/D 2, RAYLASE AG, Германия

4 Математическая модель получения изображения Вследствие неточной настройки происходит смещение плоскости получения изображения (маркировки) относительно фокальной плоскости. Наблюдается масштабирование изображения. Задачей настройки будет являться установка такой программной длины, что длина реальная будет соответствовать требуемому размеру.

5 Параметрический метод проектирования управляющих программ При маркировании деталей, если выразить все размеры детали через один предварительно выбранный, мы можем подбирать только его значение, а все остальные получатся автоматически. gab_x = 41, 95 - k gab_y = 25, 95 - k ok_x = 23, 51*gab_x/41, 95 ok_y=10, 01*gab_y/25, 95 вносимая по результатам измерений корректировка зависимые размеры

Настройка оборудования 6 При условии стабильности режимов обработки можно быстро и просто скомпенсировать несовпадение фокальной плоскости изображения, неизбежное при заведомо неточной настройке, и получить точную деталь

7 Образцы, используемые в ходе эксперимента Материал: бериллиевая бронза Бр. Б 2. Сортамент заготовки: Лента ДПРНТ 0, 12 НД Бр. Б 2 ГОСТ 1789 -70 Толщина листа: 0, 12 мм Форма образца: • прямоугольная с окном без зубцов • прямоугольная с окном с зубцами с различным шагом Образец вида 1 Образец вида 2

Параметры эксперимента 8 РЕЖИМЫ ИЗМЕРЕНИЯ • Изменяются скорость обработки (мм/с) и число проходов лазерного луча по заданной траектории. Мощность остается постоянной и равной 20 Вт, частота импульса 21 к. Гц. • Используется штангенрейсмас ШРЦ-250 -0, 01 ГОСТ 164 -90 1 класса точности с допустимой погрешностью 0, 03 мм. РАЗМЕРЫ • Измеряемые параметры образца: фактические габаритные размеры и размеры окна. ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ • Ведется учет времени обработки одной детали. Вычисление времени обработки автоматически производится программным обеспечением лазерного комплекса. ЭРГОНОМИКА • Дается качественная оценка эргономичности (удобству выемки готовой детали) по пятибалльной шкале: • 5 – отлично – деталь вынимается без усилий. • 1 – очень плохо – деталь невозможно вынуть, не деформировав ее.

9 № На различных режимах были изготовлены пять образцов. Оценивались: v время изготовления детали v количество нагара v эргономика Число проходов Время Нагар Эргон омика 1 12, 21 1 17 Мало 2 2 91, 57 5 12 Средне 3 3 183, 15 10 12 Средне 4 4 Эксперимент 1: время обработки и эргономика Скорость 366 24 15 Много 5 5 1, 83 1 108 Мало 2 ВЫВОД: для проведения дальнейших экспериментов более предпочтительным является режим 3 как обеспечивающий хорошую эргономичность при небольшом объеме нагара и малом времени обработки

10 Эксперимент 2: точность и стабильность Изготовлены образцы вида 2 по три на каждом из режимов. Вычислены среднее значение полученных размеров и разброс каждого из размеров Сделан вывод о стабильности режимов. Сравнены расчетные размеры окна и реально полученные размеры. Сделан вывод о деформациях детали в процессе обработки. ВЫВОДЫ: vразброс размеров готовых деталей уменьшается с увеличением скорости и числа проходов vдеформации возрастают при увеличении скорости и кратном увеличении числа проходов vотмечаются различные деформации по разным осям (схема закрепления детали)

11 Эксперимент 3: Связь насыщенности конструктивными элементами и деформаций Сделана «эталонная» прокладка – гравировка на алюминиевой плите. Изготовлены образцы с разными шагами зубцов по три с каждым шагом. Рассчитано смещение плоскости изображения относительно эталона и сопоставлено с теоретическим – толщиной прокладки. ВЫВОДЫ: v деформации возрастают с увеличением насыщенности конструктивными элементами v наблюдаются три вида деформаций

12 Тип деталей «Прокладка контактная» К данному типу деталей на предприятии ОАО «НПП «Радар ММС» относится 30 изделий. Одинаковый материал – бронза Бр. Б 2. Одинаковая толщина – 0, 12 мм. Одинаковый маршрут обработки.

Модернизация технологического процесса 13 020 025 030 035 040 045 050 055 060 075 085 090 Фрезерная Слесарная Плоскошлифовальная Контрольная Слесарная Фрезерная Слесарная Координатно-расточная Слесарная Электроэрозионная Слесарная Координатно-расточная Контрольная 020 025 Лазерная Контрольная

Преимущества новой технологии 14 Штучное время на деталь в шесть раз меньше (0, 011 часа вместо 0, 062 часа) Быстрая и удобная наладка единственной установки Соответствие требованиям точности. Симметричность отверстий обеспечивается оборудованием Не требуется расходных материалов и инструмента Отсутствуют сложности, связанные с обработкой пакетов Расход материала в полтора раза меньше Упрощается логистика, нет межоперационного пролеживания Низкое энергопотребление установки Низкая стоимость оборудования

Заключение 15 Приведена математическая модель получения изображения на лазерном комплексе. На ее основе предложен параметрический метод разработки управляющих программ, описано его практическое применение при настройке оборудования. Подобраны оптимальные режимы обработки, удовлетворяющие требованиям точности, эргономичности, времени обработки и стабильности. Выявлена связь между точностью обработки и насыщенностью конструктивными элементами. Модернизирован и подготовлен к внедрению на производстве технологический процесс изготовления детали «Прокладка контактная»