2. Правила проведения лабораторных занятий и требования к отчётности

1. К выполнению лабораторных работ допускаются только студенты, прошедшие инструктаж по Правилам техники безопасности и неукоснительно их соблюдающие. При нарушении Правил техники безопасности студент отстраняется от выполнения лабораторной работы и сдаёт Правила техники безопасности повторно.

2. Необходимым условием допуска к текущему занятию является готовность к защите предыдущей выполненной лабораторной работы и знание материала предстоящей лабораторной работы (теоретические основы, порядок выполнения и пр.).

3. Перед началом выполнения лабораторной работы студентам необходимо внимательно ознакомиться с лабораторным оборудованием и измерительными инструментом, а также с дополнительно прилагаемыми инструкциями и схемами, подготовить форму протокола исследования.

4. Перед включением, вовремя работы с лабораторным оборудованием и после необходимо следовать Правилами техники безопасности.

5. При проведении лабораторной работы запрещается:

− находиться в непосредственной близости от электроэрозионного станка во время его работы;

− облокачиваться на станок, а также располагать на нем посторонние предметы;

− нарушать правила и порядок проведения лабораторной работы;

− присутствовать в помещении лаборатории лицам, не имеющим отношение к проведению лабораторных занятий.

6. Отчёт по лабораторной работе должен быть индивидуальным, работа может выполняться группой студентов 2-4 человека.

7. Студент, по каким-то причинам не выполнивший лабораторную работу в срок, может отработать лабораторную работу в специально отведённое для этих целей время.

3. Методика проведения лабораторных работ

Лабораторные работы заключаются в изготовлении образцов с использованием различных технологических параметров электроэрозионной обработки для операций вырезки и прошивки.

В таблицах 3.1 и 3.2 приведены технологические параметры процесса, которые в рамках данных лабораторных работ считаются наиболее значимыми.

Таблица 3.1. Входные параметры технологического процесса электроэрозионной вырезки

№ п/п	Входные параметры	Наименование фактора в матрице планирования эксперимента
1	Сила тока разряда	X0
2	Длительность импульса электрического тока	X1
3	Частота импульса электрического тока	X2
4	Скорость подачи электрода-проволоки	X3
5	Материал электрода-проволоки	X4
6	Материал электрода-заготовки	X5

Таблица 3.2.

Входные параметры технологического процесса электроэрозионной прошивки

№ п/п	Входные параметры	Наименование фактора в матрице планирования эксперимента
1	Сила тока разряда	X0
2	Длительность импульса электрического тока	X1
3	Частота импульса электрического тока	X2
4	Скорость подачи прошивного электрода	X3
5	Материал электрода-инструмента	X4
6	Материал электрода-заготовки	X5

Существует большое количество разнообразных техник планирования эксперимента, их разработкой, а также оптимальным подбором занимается целый раздел науки – планирование эксперимента (англ. - experimental design techniques).

Планирование эксперимента – комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Основная цель планирования эксперимента – достижение максимальной точности измерений при минимальной количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов.

Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др. [89].

В научных исследованиях дробный факторный эксперимент необходим для минимизации числа опытов, т.к. количество опытов в полном факторном эксперименте значительно превосходит число определяемых коэффициентов линейной модели. Таким образом, полный факторный эксперимент обладает большой избыточностью опытов. В дробном факторном эксперименте стремятся сократить число опытов при сохранении оптимальных свойств матрицы планирования.

Число опытов в полном факторном эксперименте для двух интервалов уровней варьирования равняется , где k – число рассматриваемых факторов. Для двух факторов, пользуясь таким планированием можно определить четыре коэффициента модели, и представить результаты эксперимента в виде неполного квадратного уравнения:

.

При этом в выбранных интервалах варьирования процесс может быть описан линейной моделью. Для этого достаточно определить три коэффициента: , , . Остается одна степень свободы и её можно употребить для минимизации числа опытов. Таким образом, для линейной модели можно использовать следующее правило: чтобы сократить число опытов, нужно новому фактору присвоить вектор – столбец матрицы, принадлежащий взаимодействию, которым можно пренебречь. Тогда значение нового фактора в условиях опытов определяется знаками этого столбца.

Для этого вводится понятие «дробная реплика» - коэффициент, определяющий отношение дробного факторного эксперимента к полному факторному эксперименту (ПФЭ). Обычно пользуются полу репликой (1/2 ПФЭ) и четверть репликой (1/4 ПФЭ), также существуют реплики более высоких порядков. Число опытов в дробном факторном эксперименте равно: , где p – показатель порядка реплики.

В данном учебном пособии рассматривается реплика р=2, при которой в исследовании влияния шести факторов можно поставить 16 опытов.

В таблице 3.3 приведена типовая матрица планирования эксперимента.

Таблица 3.3

Матрица планирования эксперимента

№№ п/п	Наименование факторов
	X0	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	X6
1	1	0	0	0	0	1	1
2	1	0	0	0	1	1	0
3	1	0	0	1	0	1	0
4	1	0	0	1	1	1	1
5	1	0	1	0	0	0	1
6	1	0	1	0	1	0	0
7	1	0	1	1	0	0	0
8	1	0	1	1	1	0	1
9	1	1	0	0	0	0	1
10	1	1	0	0	1	0	0
11	1	1	0	1	0	0	0
12	1	1	0	1	1	0	1
13	1	1	1	0	0	1	1
14	1	1	1	0	1	1	0
15	1	1	1	1	0	1	0
16	1	1	1	1	1	1	1

Согласно матрице планирования, могут быть использованы различные технологические параметры обработки. Подготовка лабораторных образцов производится согласно эскизам, представленным в разделе «Порядок выполнения лабораторных работ».

На основании полученных лабораторных образцов выполняются следующие работы (для методов электроэрозионной вырезки и прошивки):

1. Измерение ширины реза у полученных образцов: ширина реза определяет степень точности обработки и складывается из двух составляющихся – диаметра инструмента и двойного искрового зазора. На основании полученных лабораторных образцов и диаметра электрода-инструмента необходимо вычислить искровой зазор и определить, какой технологический код использовался для обработки детали.

2. Вычисление скорости съема металла: скорость съема материала – некоторый объем металла, удаляемый с заготовки за единицу времени, его значение определяет производительность обработки. Скорость съема металла рассчитывается по следующей формуле:

,

где – ширина реза электрода-инструмента, – высота заготовки для операции электроэрозионной вырезки, – плотность материала, – скорость подачи электрода-инструмента.

Для электроэрозионной прошивки скорость съема металла рассчитывается следующим образом:

,

где S – площадь поперечного сечения электрода – инструмента.

Лабораторные работы также включают в себя:

• работу с таблицами по выбору оптимальных технологических параметров обработки;

• разработку оптимальной технологической траектории движения электрода-инструмента для операции электроэрозионной вырезки;

• расчёт исполнительных размеров электрода-инструмента и его проектирование для операции электроэрозионной прошивки;

• определение процентного износа электрода-детали и электрода-инструмента.

Все лабораторные образцы изготовлены с использованием представленной матрицы планирования эксперимента (таблица 3.3).

Таблица 3.4 Взаимосвязь входных и выходных технологических параметров электроэрозионной обработки, согласно матрице планирования эксперимента

№ п/п	Входные параметры								Выходные параметры
	X0	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	X6	Ra, мкм		L, мкм	, мкм/c
1	1	0	0	0	0	1	1
2	1	0	0	0	1	1	0
3	1	0	0	1	0	1	0
4	1	0	0	1	1	1	1
5	1	0	1	0	0	0	1
6	1	0	1	0	1	0	0
7	1	0	1	1	0	0	0
8	1	0	1	1	1	0	1
9	1	1	0	0	0	0	1
10	1	1	0	0	1	0	0
11	1	1	0	1	0	0	0
12	1	1	0	1	1	0	1
13	1	1	1	0	0	1	1
14	1	1	1	0	1	1	0
15	1	1	1	1	0	1	0
16	1	1	1	1	1	1	1