Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии для субтрактивной обработки многослойных гетерогенных структур с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов

Докладчик: Афонин Андрей Николаевич

Должность: профессор

Цель проекта:
Цель проекта: Повышение не менее чем в 10 раз точности позиционирования исполнительных механизмов технологического оборудования для формирования прецизионных углублений по сравнению с лучшими зарубежными аналогами за счет реализации замкнутых контуров обратной связи, с учетом влияния внешних возмущающих факторов. Задачи проекта: 1. Разработка математической модели процесса субтрактивной обработки, учитывающей геометрию формируемых высокоточных углублений, свойства обрабатываемой поверхности и влияние внешних возмущающих факторов, позволяющей реализовывать при обработке замкнутые контуры обратной связи. 2. Создание имитационной модели процесса резания при субтрактивной обработке многослойных гетерогенных поверхностей Создание системы управления процессом субтрактивной обработки по нескольким координатам, имеющей обратную связь с независимой измерительной системой. 3. Разработка системы активной виброизоляции оборудования для защиты от вибраций в низкочастотном диапазоне от 1 до 200 Гц с коэффициентом передачи от 0,05 до 0,1. 4. Создание макетного образца технологического оборудования для субтрактивной обработки. 5. Разработка методики проектирования технологии формирования высокоточных углублений в том числе в многослойных гетерогенных структурах. 6. Разработка интеллектуальных средств оценки и повышения эффективности алгоритмов и стратегий субтрактивной обработки гетерогенных структур. 7. Разработка инструментальных средств, позволяющих осуществлять автоматическое построение постпроцессора. 8. Составление технического задания на проведение опытно-технологических работ.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие научно-технические и практические результаты:
1 Лабораторная технологическая инструкция для субтрактивной обработки многослойных гетерогенных структур с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов.
2 Эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы изделий из многослойных гетерогенных структур и деталей высокоточной микромеханики.
3 Экспериментальные образцы изделий из многослойных гетерогенных структур и деталей высокоточной микромеханики для отработки технологии субтрактивной обработки с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов.
4 Предложения по реализации и внедрению результатов проекта.
5 Эскизная конструкторская документация на макетные образцы:
5.1 Технологического оборудования
5.2 Виброизолирующей системы
5.3 Программного обеспечения
6. Математическое, аппаратное и программное обеспечение системы управления процессом обработки гетерогенных структур с обратной связью
7. Имитационная модель процесса резания при субтрактивной обработке многослойных гетерогенных поверхностей.
8 Математическая модель технологического процесса субтрактивной обработки, учитывающей геометрию формируемых высокоточных углублений, свойства обрабатываемой поверхности и влияние внешних возмущающих факторов, позволяющей реализовывать при обработке замкнутые контуры обратной связи
9 Методика проектирования технологии формирования высокоточных углублений в том числе в многослойных гетерогенных структурах.
10 Интеллектуальные средства оценки и повышения эффективности алгоритмов и стратегий субтрактивной обработки гетерогенных структур
11 Программные средства, обеспечивающие получение управляющих программ для системы ЧПУ разработанных образцов технологического оборудования.
12 Управляющие программы для макетного образца технологического оборудования.
13 Технические требования и предложения по предложения внедрению результатов ПНИ в промышленность и учебный процесс ВУЗа с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
14 Проект технического задания на проведение опытно-технологических работ по теме: Создание пакета типовых технологических процессов субтрактивной обработки многослойных гетерогенных структур с нанометровой точностью позиционирования исполнительных механизмов
15 оценка эффективности предложенных технических решений, а также технико-экономических параметров ПНИ.

Основные характеристики планируемых результатов :
1. Разрабатываемая технология субтрактивной обработки должна обеспечивать формирование в многослойных гетерегенных структурах высокоточных углублений формы шириной не менее 50 мкм,
длиной не более 1 мм и глубиной не более 150 мкм.
2 Разрабатываемый образец технологического оборудования должен обеспечивать точность позиционирования исполнительных механизмов не более 100 нм.
3 Для измерения точности позиционирования должны применятся системы измерения с разрешением не менее 10 нм.
4 Измерение точности элементов изготовленных образцов должно проводиться с точностью не менее 1 нм.
5 Для измерения вибрации должно использоваться оборудование, с частотным диапазоном от 0,5 до 10000,0 Гц при погрешности не более 10 %, должны быть
определены собственные частоты узлов технологического оборудования.
6 Для измерения сил, возникающих при обработке должно быть использовано
оборудование с чувствительностью не менее 10 пКл/Н.
7 Для измерения температуры в зоне обработки должно применяться оборудование с чувствительностью не менее 0,05 °С и погрешностью не более 2 °С и диапазоном измерения от 20 до 1800 °С.
8 Разработанное программное обеспечение должно быть совместимо с наиболее распространенными CAD/CAM системами и стойками ЧПУ.
9 В результате построения управляющей системы должна быть разработана библиотека функций, позволяющих управлять микроконтроллерным ядром ARM7TDMI с 16/32 разрядной RISC архитектурой, а также встроенной памятью и периферийными устройствами микроконверторов серии ADuC702x с целью обеспечения требуемых характеристик точности обработки.
Для создания математической модели процесса субтрактивной обработки будут использованы методы
дифференциального и интегрального исчисления, численные методы решения уравнений и их систем,
теория автоматизированного управления.
Для создания имитационной модели процесса резания при субтрактивной обработке многослойных гетерогенных поверхностей будут использованы теоретическая механика, материаловедение, теория пластичности и разрушения материалов, численные методы решения систем дифференциальных уравнений и т.д.
Систему управления управления процессом субтрактивной обработки по нескольким координатам предполагается разработать на основании анализа результатов теоретических исследований с использованием достижений современной электроники и вычислительной техники.
Для подтверждения адекватности результатов теоретических исследований будет создан макетный образец для исследования позиционирующего и виброизолирующего привода стола, шпиндельного узла, активной виброизолирующей платформы, с системами управления и измерения микро- и нанопозиционирования на основе индуктивных, емкостных и лазерных преобразователей, что позволит
провести лабораторные испытания для проверки адекватности разработанной математической модели.
Результаты работ соответствуют мировому уровню.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения, способы использования результатов:
Изготовление деталей микроэлектронной техники с гетерогенными структурами, имеющих высокоточные углубления.
Изготовление деталей высокоточной микромеханики для нужд точного машиностроения и приборостроения.

Возможные потребители ожидаемых результатов
ООО «Научно-производственное предприятие «Энергетические и информационные технологии» Белгородского государственного университета» - индустриальный партнер. Предприятие занимается созданием и производством сложных электронных программно-аппаратных комплексов для различных отраслей народного хозяйства, в частности систем обработки и передачи данных подповерхностного зондирования Земли с помощью георадаров.
ЗАО НПП "СПЕЦ-РАДИО", ОАО «Протон», ЗАО "Сокол-АТС", ЗАО "Научприбор" и др.
Технологическая платформа "Национальная информационная спутниковая система", включающая предприятия:
ФГУП «Научно-производственное объединение имени С.А. Лавочкина»;
ОАО «Красноярский машиностроительный завод»;
ФГУП «НПО «Техномаш»;
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»;
ФГУП «Научно-производственное предприятие Всероссийский НИИ электромеханики с заводом имени
А.Г. Иосифьяна»;
ФГУП ФНПЦ «ПО «СТАРТ» имени М.В. Проценко;
ООО «НПК «Композит»;
ЗАО «Нанотехнология МДТ» и др.
Планируемые результаты позволят решить проблемы импортозамещения и повышения конкурентоспособности отечественной продукции.

Текущие результаты проекта:
- отчет о патентных исследованиях;
- отчет о маркетинговых исследованиях рынка систем обработки с нанометровой точностью с целью определения текущего состояния и перспектив внедрения в промышленности;
- описание информационного обеспечения обеспечения для принятия решений по выбору компоновочных схем оборудования для субтрактивной обработки
- анализ структурно- компоновочных схем вариантов технологического
оборудования;
- описание структурно-компоновочной схемы вариантов технологического оборудования
- методика имитационного
моделирования;
- описание имитационной модели
процесса резания при субтрактивной обработке многослойных гетерогенных поверхностей;
- описание математической модели системы управления.