Προσομοίωση της μηχανουργικής κατεργασίας της διάτρησης βασισμένη σε σύστημα CAD-CAM

Abstract

Twist drills are geometrical complex tools and thus various researchers have adopted different approaches for their simulation. The present thesis acknowledges the increasing use of modern CAD systems and subsequently using the API (Application Programming Interface) of a typical CAD system, drilling simulations are carried out. The developed DRILL3D software routine, creates, via specifying parameters, tool geometries, so that using different cutting conditions, realistic solid models are produced incorporating all the relevant data involved. The 3D solid models of the undeformed chips coming from both cutting areas are segmented into smaller pieces, in order to calculate every primitive thrust force component involved with high accuracy. The resultant thrust force produced, is verified by adequate amount of experiments using a number of different tools, speeds and feed rates. The final data derived, consist of a platform for further direct simulations regarding the determination of tool wear, drilling optimizations etc. DRILL3D calculates the thrust force of both the cutting areas of the tool (main edges and chisel edge) simultaneously, which means that every simulation can substitute two separate lab experiments. Nevertheless, as the number of parameters involved is increasing, the amount of the necessary simulations becomes substantial. This is the reason that led to the combined use of the DRILL3D and the design of experiments methodology, which reduces to an impressive degree, the amount of the necessary digital experiments.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μοντέλων που προσομοιώνουν με ακρίβεια την κατεργασία της διάτρησης με τη βοήθεια συστήματος CAD/CAM. Τα τεχνολογικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά της κατεργασίας μελετήθηκαν με τη δημιουργία ενός κινηματικού μοντέλου προσομοίωσης, που αναπτύχθηκε για το σκοπό αυτό και το οποίο βασίστηκε στον προγραμματισμό ενός γενικής χρήσης συστήματος CAD/CAM. Οι τέσσερις προσεγγίσεις που ακολουθήθηκαν μέχρι τώρα από τους ερευνητές, για την μελέτη της κατεργασίας της διάτρησης (μαθηματική, εμπειρική, αναλυτική και χρήση στατιστικών εργαλείων ή μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης), συνδυάζονται όλες μαζί στην παρούσα διατριβή, ώστε να αξιοποιηθούν τα δυνατά στοιχεία της κάθε μίας. Οι γεωμετρικές περιγραφές τόσο του εργαλείου και των κατεργαζόμενων τεμαχίων, όσο και του απαραμόρφωτου αποβλίττου που προκύπτει, αναλαμβάνονται πλήρως να εκτελεστούν από το σύστημα CAD/CAM, με αποτέλεσμα την αυξημένη ακρίβεια στις διαστάσεις τους. Επιπλέον, δεν απαιτείται η άμεση εμπλοκή του χρήστη στην επίλυση πολύπλοκων μαθηματικών εξισώσεων στις τρεις διαστάσεις (3D), μιας και η επίλυση γίνεται αυτόματα από το ίδιο το σύστημα CAD/CAM που χρησιμοποιείται. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση της κατεργασίας με την προτεινόμενη μεθοδολογία, επιβεβαιώθηκαν με ικανό αριθμό πειραμάτων. Τέλος, έγινε χρήση της τεχνικής του σχεδιασμού πειραμάτων σε συνδυασμό με την προτεινόμενη μεθοδολογία.