Complex-Shaped Parts Grinding Technology Information Ensuring

Abstract

A method of computer-aided design and manufacture of complex-shaped parts of machines and implants from difficult-tomachine materials (titanium, cobalt-chromium alloys, zirconium dioxide, etc.) has been developed, based on the principles of building an integrated CAD/CAM/CAE system of computer-aided designing and a hierarchical intelligent numerical control system. It is shown that kinematical mechanisms created over the past several centuries do not allow reproducing with the required accuracy the joints movement of living organisms for their use in biomedical implantation technologies. Therefore, the worn out joints of living organisms are reconstructed by adding complex-shaped parts from these difficult-to-machine materials. Information about the geometric shape of these parts (3D model) at the pre-production stage is obtained using modern methods of computed tomography and magnetic resonance imaging, and at the production stage the actual location of the stock grinding allowance is measured by laser (or tactile) scanning. To reduce the unevenness of the position of the grinding stock allowance, the workpiece of a complex-shaped part before grinding is oriented in the coordinate system of a CNC machine based on the established criterion for minimizing the allowance. An example of such orientation of the gear workpiece is given. This workpiece is measured with a Renishaw tactile probe on the left and right sides of the gear valleys before gear grinding. Both the minimum allowance on the left and right sides of the valleys and the difference between them are determined, and then additionally the gear wheel blank is rotated in the appropriate direction to align these minimum values detected. In turn, the aligned minimum allowances, should be sufficient to compensate for the influence of technological factors from the previous operation and the error in setting the workpiece for this operation. For complex-shaped implants, such an additional orientation is performed, for example, according to algorithms for ensuring the minimax value of the allowance.

Розроблено методику автоматизованого проектування і виготовлення складно-профільних деталей машин і імплантатів з важкооброблюваних матеріалів (титан, кобальто-хромові сплави, діоксид цирконію та інші), яка заснована на принципах побудови інтегрованої CAD/CAM /CAE системи автоматизованого конструкторського і технологічного проектування та ієрархічної інтелектуальної системи управління. Показано, що кінематичні механізми, які створені протягом декількох останніх століть, не дозволяють відтворювати з необхідною точністю рух суглобів живих організмів для застосування їх в біомедичних технологіях імплантації. Тому, зношені суглоби живих організмів реконструюють, додаючи в них складно-профільні деталі із зазначених важкооброблюваних матеріалів. Інформацію про геометричні формі цих деталей (3D модель) на етапі підготовки виробництва отримують за допомогою сучасних методів комп'ютерної та магнітнорезонансної томографії, а на етапі виробництва фактичне розташування припуску на шліфування визначають лазерним (або тактильним) скануванням. Для зменшення нерівномірності розташування припуску заготовку складно-профільних деталей перед обробкою орієнтують в системі координат верстата з ЧПК виходячи з встановленого критерію мінімізації припуску. Наводиться приклад такого орієнтування заготовки для деталі типу «колесо зубчасте». Цю заготовку перед зубошліфуванням вимірюють тактильним датчиком Renishaw по лівій і правій сторонах западин зубчастого колеса. Визначають мінімальний припуск по лівій і правій сторонах западин, знаходять різницю між ними, і додатково повертають заготівку зубчастого колеса у відповідному напрямку для вирівнювання цих мінімальних значень припуску. Вирівняні мінімальні припуски, в свою чергу, повинні бути достатні для компенсації впливу технологічних факторів від попередньої операції і похибки установки заготовки для даної операції. Для складно-профільних деталей імплантатів, таку додаткову орієнтацію виробляють, наприклад, по алгоритмам забезпечення минимаксного значення припуску.

Разработана методика автоматизированного проектирования и изготовления сложнопрофильных деталей машин и имплантатов из труднообрабатываемых материалов (титан, кобальтохромовые сплавы, диоксид циркония и другие), основанная на принципах построения интегрированной CAD/CAM/CAE системы автоматизированного конструкторского и технологического проектирования и иерархической интеллектуальной системы управления. Показано, что технические механизмы, созданные на протяжении нескольких последних столетий, не позволяют воспроизводить с требуемой точностью движение суставов живых организмов для применения их в биомедицинских технологиях имплантации. Поэтому, изношенные суставы живых организмов реконструируют, добавляя в них сложнопрофильные детали из указанных труднообрабатываемых материалов. Информацию о геометрической форме этих деталей (3D модель) на этапе подготовки производства получают при помощи современных методов компьютерной и магниторезонансной томографии, а на этапе производства (фактическое расположение припуска на шлифование) – лазерным (или тактильным) сканированием. Для уменьшения неравномерности расположения припуска заготовку сложнопрофильной детали перед обработкой ориентируют в системе координат станка с ЧПУ исходя из установленного критерия минимизации припуска. Приводится пример такого ориентирования заготовки для детали типа «колесо зубчатое». Эту заготовку перед зубошлифованием измеряют тактильным датчиком Renishaw по левой и правой сторонам впадин зубчатого колеса. Определяют минимальный припуск по левой и правой сторонам впадин, находят разность между ними, и дополнительно поворачивают заготовку зубчатого колеса в соответствующем направлении для выравнивания этих минимальных значений. Выравненные минимальные припуски, в свою очередь, должны быть достаточны для компенсации влияния технологических факторов от предыдущей операции и погрешности установки заготовки для данной операции. Для сложнопрофильных деталей имплантатов, такую дополнительную ориентацию производят, например, по алгоритмам обеспечения минимаксного значения припуска