Expertní systém pro podporu konstrukce monolitních vrtacích nástrojů.

Ing. Pavel ROUD

Doctoral thesis

Methods for increase cutting tool design effectivity

Abstract:

Disertační práce "Metody zefektivnění konstrukce řezných nástrojů" se zabývá zefektivněním oblasti technologické přípravy výroby monolitních řezných nástrojů pomocí obecných CAD systémů V úvodní částí této práce je provedeno představení základních typů řezných nástrojů ve vazbě na systém přípravy jejich výroby. Z tohoto pohledu jsou monolitní nástroje specifické. Součástí úvodní části analýza těchto automatizačních nástrojů v CAD systému CATIA V5 R19. Úvodní část dále obsahuje výběr typového představitele monolitního řezného nástroje. Z analýzy specifik jednotlivých technologií třískového obrábění byla vybrána oblast vrtacích nástrojů. Jako typový představitel byl vybrán monolitní šroubovitý vrták. Hlavním důvodem je složitost geometrie břitu, která spočívá v proměnlivosti řezných úhlů čela, hřbetu a sklonu hlavního ostří po průměru tohoto nástroje. Obsahem druhé kapitoly je hlubší analýza geometrie monolitního šroubovitého vrtáku, která se opírá o informace získané z odborných zdrojů či z přímé zkušenosti autora. V této analýze je zvolený řezný nástroj rozdělen na jednotlivé prvky. Samostatnou část tvoří popis úprav, které zvyšují užitné vlastnosti monolitního šroubovitého vrtáku. Tato část obsahuje popis způsobů redukce délky příčného ostří a mikrogeometrické úpravy hlavního břitu ve formě fazet či zaoblení. V třetí a stěžejní kapitole této disertační práce je představen nový přístup k modelování monolitního šroubovitého vrtáku. Tento přístup využívá spojení automatizačních nástrojů dostupných v systému CATIA V5 s vlastně vytvořeným externím matematickým řešičem pro provedení potřebných výpočtů. Cílem tohoto přístupu je zohlednění technologie výroby monolitního šroubovitého vrtáku při vytváření jeho jednotlivých prvků, ale pouze tam, kde je nezbytný. U těchto prvků jsou popsány matematické metody spolu s jejich praktickou aplikací, která vede na odvození konkrétních rovnic potřebných pro prováděné výpočty. U hrotu a redukce délky příčného ostří jsou představeny iterační polohovací algoritmy pro dosažení požadované efektivity modelování těchto prvků. Kapitola dále obsahuje popis dodatečných modulů sloužících např. pro analýzu geometrie monolitního šroubovitého vrtáku, jejichž výstup mohou využívat další programy. Dále je představen modul sloužící pro vymodelování ochranné fazety na hlavním břitu v kvalitě přesahující možnosti nativních funkcí CAD systému CATIA V5 R19. Čvrtá a poslední kapitola této práce představuje další nástroje pro zefektivnění návrhu monolitního šroubovitého vrtáku. Konkrétně se jedná o využití expertních systémů pro podporu volby geometrie řezného nástroje. Dále kapitola představuje využití metody MKP pro analýzu vlivu geometrie řezného nástroje na tvorbu třísky a termomechanické zatížení nástroje i obráběného materiálu pomocí speciálního softwaru AdvantEdge FEM.

Abstract:

This Ph.D thesis "Methods for effective creation of solid cutting tools" is focused on improving effectivity in the field of cutting tools modeling using general CAD systems. The basic types of cutting tools with respect to the system of their modeling for manufacturing purposes is presented in the first chapter. The solid cutting tools are specific from this point of view. For this reason the descripion of automation techniques is also presented in the first chapter. Furthure more the first chapter includes the analysis of specified properties of different manufacturing processes. Based upon this analysis the field of drilling technology was selected. The solid twist drill was selected as representative of cutting tools used in this field. Mainly due to the variation of rake, flank angles and cutting lip shape over the diameter of this cutting tool. The second section includes deeper analysis of solid twist drill geometry based upon information gathered from technical papers and from author's experience. In this analysis the solid twist drill is split into basic elements. The separate section is focused on types of chisel edge thining and cutting lip microgeometry preparation using facets and rounding. The third and main chapter of this work presents new approach for solid twist drill modeling. This approach uses combination of automation techniques in CATIA V5 R19 and ownly developed external solver in order to provide necessary calculations. The main aim of this approach is to include the technological process in solid twist drill modeling, but only where it's necessary. In the description of these features the description of mathematical methods and their application, which leads on derivation of formulas used in calculations. In order to achieve desired modeling productivity the iterrative possitioning algorithms are presented for the case of drill point and chisel edge thining. The chapter includes description of additional modules f.eg which is focused on analysis of solid twist drill geometry and the results of this analysis can be furthure used in other programs. The other module creates the cutting lip facet in higher quality than native function of CAD system CATIA V5 R19. The fourth and last chapter describes additional tools for improving of solid twist drill design process. Use of expert systems for cutting tool geometry selection is presented. The description also includes the use of FEM for cutting tool geometry analysis and its influence on chip formation and thermomechanical load of cutting tool and workpiece material using dedicated FEM software AdvantEdge FEM.

Keywords

CAD, obalová plocha, polohovací algortimus, MKP, expertní systém

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2013

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Technology of Metal Cutting