ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2024-2-224-237DQWDDTipolytech-822Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGОпределение основных технических параметров проектируемой сверлильной машины с автоматической подачейMain technical parameters for designing a new self-feed drilling machineСвининВ. М.SvininV. M.

Свинин Валерий Михайлович, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Технология и оборудования машиностроительных производств»

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Valery M. Svinin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Technology and Equipment of Machine-Building Industries

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

svinin_vm@mail.ruШутенковА. В.ShutenkovA. V.

Шутенков Антон Владимирович, аспирант

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Anton V. Shutenkov, Postgraduate Student

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

shutenkov@ex.istu.eduПономаревБ. Б.PonomarevB. B.

Пономарев Борис Борисович, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Технология и оборудования машиностроительных производств»

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Boris B. Ponomarev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Technology and Equipment of Machine-Building Industries

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

pusw@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202404072024282224237Copyright © Свинин В.М., Шутенков А.В., Пономарев Б.Б., 20242024Свинин В.М., Шутенков А.В., Пономарев Б.Б.Svinin V.M., Shutenkov A.V., Ponomarev B.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/822

Цель – выработка и обоснование комплекса технико-экономических требований для подготовки в условиях импортозамещения задания на проектирование отечественной сверлильной машины с автоматической подачей.  Объектами исследований для сравнения явились сверлильные машины с автоматической подачей, выпускаемые фирмами Atlas Copco, Desoutter и Recoules. По аналогии с существующими сверлильными машинами с автоматической подачей для проектируемой машины установлены ограничения предельный вес до 6 кг и габаритные размеры до 320х110х450 мм. Выбор электродвигателей приводов вращения шпинделя и его осевой подачи проведен на основе примера обработки твердосплавным сверлом отверстия диаметром 12 мм в типовом смешанном пакете толщиной 58 мм из листов стали марки 30ХГСА, полимерных композиционных материалов на основе углепластика, титанового сплава марки Вт6 и алюминиевого сплава марки 1933. Требуемая мощность электродвигателей определена с использованием режимов резания, выбранных из действующих справочников и данных, полученных при натурных испытаниях сверления смешанного пакета на станке DMC 635 V с динамометрической плитой Kistler Type 9123CQ05. Осциллограммы осевой силы и крутящего момента показали, что наибольшее силовое сопротивление возникает при сверлении титанового сплава. Рассчитаны и подтверждены следующие величины для проектируемой сверлильной машины с автоматической подачей: требуемая мощность электрических приводов – 1,5 кВт (для привода подачи), 2,8 кВт (для привода вращения шпинделя). Максимальная требуемая частота вращения 1940 об/мин, максимальная требуемая подача 4,5 мм/об. Для дробления стружки и подавления возможных автоколебаний сверла предложено использовать создаваемые системой числового программного управления модуляции скоростей подачи и вращения шпинделя. В дальнейших исследованиях планируются изготовление опытного образца и испытание сверлильной машины с автоматической подачей, спроектированной по выданным рекомендациям. 

The aim is to develop and substantiate a complex of technical and economic requirements for the design of a self-feed drilling machine produced in the Russian Federation, which is particularly relevant in the context of import substitution. The study considers self-feed drilling machines produced by Atlas Copco, Desoutter and Recoules as references to match their performance and specifications. By analogy with these machines, the limiting weight and overall dimensions of the developed machine should be up to 6 kg and 320x110x450 mm, respectively. The selection of motors for spindle rotation and axial feed is carried out by drilling a hole with a diameter of 12 mm in a mixed 58 mm thick stack using a carbide drill. This stack includes steel sheets (30KhGSA grade), polymer composite materials (carbon fibre-based), titanium alloy (Vt6 grade) and aluminium alloy (1933 grade). The required power for the electric drives was determined using cutting conditions specified in reference manuals and by drilling tests of a mixed stack carried out using a DMC 635 V machine equipped with a Kistler 9123CQ05 plate dynamometer. Oscillograms of axial force and torque showed that the highest resistance occurs when drilling the titanium alloy. The following specifications were calculated and confirmed for the projected self-feed drilling machine: the required power for the electric drives is 1.5 kW for the feed drive and 2.8 kW for the spindle rotation drive. The maximum required rotation speed is 1940 rpm, and the maximum required feed rate is 4.5 mm/rev. In order to grind chips and suppress potential auto-oscillations of the drill, it is recommended that the modulations of the feed and spindle rotation speeds created by a computer numerical control system be used. Future research will involve the production and testing of a prototype self-feed drilling machine, designed in accordance with the provided recommendations.

сверлильная машина с автоматической подачейсмешанный пакеттехнические параметрыГ- и Т-образная компоновкапневматический и электрический приводрежимы и мощность резанияautomatic feed drilling machinemixed packagespecificationsL- and T-shaped designpneumatic and electric drivecutting modes and powerИсследование выполнено в рамках стратегического проекта ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» i.DIT – Байкальский центр цифровых производственных технологий (Программа «Приоритет 2030»).The work presented in the article is implemented under the strategic project of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Irkutsk National Research Technical University” i.DIT – Baikal Center for Digital Production Technologies (Priority 2030 Program).ReferencesСоколова О.Ф., Шарипова Д.Р. Композитные материалы в космической и авиационной промышленности // Проблемы и перспективы экономических отношений предприятий авиационного кластера: сб. науч. тр. VIII Всерос. науч. конф. (г. Ульяновск, 24–26 октября 2023 г.). Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2023. С. 15–18. EDN: AFLZLN.Sokolova O.F., Sharipova D.R. Composite materials in the space and aviation industries. Problemy i perspektivy ekonomicheskih otnoshenij predpriyatij aviacionnogo klastera: sbornik nauchnyh trudov VIII Vserossijskoj nauchnoj konferencii = Problems and prospects of economic relations of aviation cluster enterprises: collection of scientific works of the 8th All-Russian scientific conference. 24–26 October 2023, Ulyanovsk. Ul’yanovsk: Ulyanovsk State Technical University; 2023, р. 15-18. EDN: AFLZLN. (In Russ.).Ширинкин В.В., Макаров В.Ф., Мешкас А.Е. Наукометрическое исследование проблем сверления композиционных материалов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2015. Т. 1. С. 289–298. EDN: VRRBET.Shirinkin V.V., Makarov V.F., Meshkas A.E. Scientometric study of the problems of drilling composite materials. Aerokosmicheskaya tekhnika, vysokie tekhnologii i innovacii. 2015;1:289-298. (In Russ.). EDN: VRRBET.Козочкин М.П., Мамотько А.И., Маслов А.Р. Исследование процесса сверления лонжерона лопасти винта из слоистого полимерного композита // Вестник Московского государственного технологического университета «Станкин». 2017. № 4. С. 68–72. EDN: ZUKBML.Kozochkin M.P., Mamotko A.I., Maslov A.R. Study on drilling process of rotor blade spar layered polymer composite. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta “Stankin”. 2017;4:68-72. (In Russ.). EDN: ZUKBML.Завацкая Т.В., Кротенко А.Е., Иванов Ю.Н. Сверление и контроль отверстий в пакетах «титановый сплав- углепластик» // Жизненный цикл конструкционных материалов: сб. тр. XII Всероссийской науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 6 июня 2022 г.). Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2022. С. 209–215. EDN: CVDQBN.Zavatskaya T.V., Krotenko A.E., Ivanov Yu.N. Drilling and monitoring of holes in titanium alloy-carbon plastic packages. In: Zhiznennyj cikl konstrukcionnyh materialov: sbornik trudov XII Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii = Life cycle of structural materials: collected works of the 12th All-Russian Scientific and Technical conference. 6 June 2022, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2022, р. 209-215. (In Russ.). EDN: CVDQBN.Чащин Н.С. Чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах // Авиакосмические технологии (АКТ-2018): труды XIX Междунар. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Воронеж, 18–19 октября 2018 г.). Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2018. С. 262–266. EDN: YXXZRJ.Chashchin N.S. Handling of holes in hubrid stack. In: Aviakosmicheskie tekhnologii (AKT-2018): trudy XIX Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii i shkoly molodyh uchenyh, aspirantov i studentov = Aerospace technologies (AST-2018): proceedings of the 19th International scientific and technical conference and school for young scientists, postgraduate students and students. 18–19 October 2018, Voronezh. Voronezh: OOO Firma “Elist”; 2018, р. 262-266. (In Russ.). EDN: YXXZRJ.Пикалов А.А., Чайников К.К. Применение специальной технологической оснастки и гибких сверлильных шаблонов для сверлильных машин с автоматической подачей режущего инструмента // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18. № 1-2. С. 260–263. EDN: WLWZBD.Pikalov A.A., Chainikov K.K. Special jigs and drilling templates for automated drilling units. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2016;18(1-2):260-263. (In Russ.). EDN: WLWZBD.Свинин В.М., Шутенков А.В., Ястребов С.В. Анализ конструкций и технологических требований к сверлильным машинам с автоматической подачей для авиационного производства // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): материалы XIII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 16 мая 2023 г.). Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2023. С. 38–43.Svinin V.M., Shutenkov A.V., Yastrebov S.V. Analysis of designs and technological requirements for drilling machines with automatic feed for aircraft production. In: Zhiznennyj cikl konstrukcionnyh materialov (ot polucheniya do utilizacii): materialy XIII Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem = Life cycle of structural materials (from production to disposal): materials of the 13th All-Russian scientific and technical conference with international participation. 16 May 2023, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2023, р. 38-43. (In Russ.).Пашков А.Е., Иванов Ю.Н., Чащин Н.С., Иванова В.О. Оценка эффективности использования твердосплавного и алмазного инструмента для обработки отверстий в смешанных пакетах // Системы. Методы. Технологии. 2017. № 4. С. 60–66. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2017-4-60-66. EDN: ZWZWYV.Pashkov A.E., Ivanov Yu.N., Chashin N.S., Ivanova V.O. Efficiency evaluation of the use of carbide and diamond tool for processing holes in mixed packages. Systems. Methods. Technologies. 2017;4:60-66. (In Russ.). https://doi.org/10.18324/2077-5415-2017-4-60-66. EDN: ZWZWYV.Стуров А.А. Повышение эффективности обработки отверстий в многослойных пакетах // Молодежный вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 1. С. 7. EDN: VRWXUB.Sturov A.A. Effectiveness increase of hole-making operation in multilayer stacks. Molodezhnyj vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016;1:7. (In Russ.). EDN: VRWXUB.Чащин Н.С., Иванов Ю.Н., Никонович В.В. Сухая чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах ступенчатым инструментом // Проблемы механики современных машин: сб. тр. VIII Междунар. конф. (оз. Байкал, 4–9 июля 2022 г.). Улан-Удэ: Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 2022. С. 235–242. https://doi.org/10.53980/9785907599055_235. EDN: GYFXXF.Chashchin N.S., Ivanov Yu.N., Nikonovich V.V. Dry finishing of holes in mixed stack with step tools. In: problemy mekhaniki sovremennyh mashin: sbornik trudov VIII Mezhdunarodnoj konferencii = Problems of modern machine mechanics: collected articles of the 8th International conference. 4–9 July 2022, Bajkal. Ulan-Ude: East Siberian State University of Technology and Management; 2022:235-242. (In Russ.). https://doi.org/10.53980/9785907599055_235. EDN: GYFXXF.Вотинцева А.Б. Критерии выбора двигателя для беспилотного летательного аппарата // Молодой ученый. 2022. № 4. С. 45–47.Votintseva A.B. Engine selection criteria for an unmanned aerial vehicle. Molodoj uchenyj. 2022;4:45-47. (In Russ.).Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. 350 с.Poduraev V.N. Vibration cutting. M.: Mashinostroenie; 1970, 350 р. (In Russ.).Пат. № 2412023, Российская Федерация, С2, B23B 35/00, B23B 45/16. Способ вибросверления с мелкодисперсным дроблением стружки / В.Н. Старов, А.В. Масленников, А.И. Барботько. № 2008148738/02. Заявл. 10.12.2008; опубл. 20.02.2011. Бюл. № 5.Starov V.N., Maslennikov A.V., Barbot’ko A.I. Method of vibration drilling with fine crushing of chips. Patent RF, no. 2412023; 2011. (In Russ.).Пат. № 1294498, СССР, В23В 47/04. Шариковый вибратор / Ю.В. Лебедев, Л.П. Лукьяненко. № 3915500/ 31-08. Заявл. 18.06.1985; опубл. 07.03.1987. Бюл. № 9.Lebedev Yu.V., Lukyanenko L.P. Ball vibrator. Patent SSSR, no. 1294498; 1987. (In Russ.).Пат. № 1590213, СССР, В23В 47/04, В23В 25/02. Шпиндельный узел / К.М. Рагульскис, Й.Б. Гудонис, Б.Б. Стульпинас, В.В. Юренас. № 4429368/31-08. Заявл. 24.05.1988; опубл. 07.09.1990. Бюл. № 33.Ragul’skis K.M., Gudonis J.B., Stul’pinas B.B., Yurenas V.V. Spindle unit. Patent SSSR, no. 1590213; 1990. (In Russ.).Воронов С.А., Гуськов А.М., Иванов И.И., Барышева Д.В., Киселёв И.А. Существующие методы обеспечения низкочастотных вибраций инструмента с целью дробления стружки при сверлении глубоких отверстий // Наука и образование. 2014. № 12. С. 842–857. https://doi.org/10.7463/1214.0748342. EDN: TEVGVN.Voronov S.A., Gus’kov A.M., Ivanov I.I., Barysheva D.V., Kiselyov I.A. Existing methods providing low-frequency tool vibrations for chips crushing under deep hole drilling. Nauka i obrazovanie. 2014;12:842-857. (In Russ.). https://doi.org/10.7463/1214.0748342. EDN: TEVGVN.Roukema J.C., Altintas Yu. Generalized modeling of drilling vibrations. Part I: Time domain model of drilling kinematics, dynamics and hole formation // International Journal of Machine and Tools Manufacture. 2007. Vol. 47. Iss. 9. P. 1455–1473. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.10.005.Roukema J.C., Altintas Yu. Generalized modeling of drilling vibrations. Part I: Time domain model of drilling kinematics, dynamics and hole formation. International Journal of Machine and Tools Manufacture. 2007;47(9):14551473. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.10.005.Svinin V.M., Savilov A.V., Shutenkov A.V. Software spindle speed variation as method for chatter suppression in drilling // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020. P. 131–139. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_15.Svinin V.M., Savilov A.V., Shutenkov A.V. Software spindle speed variation as method for chatter sup-pression in drilling. In: Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020;131-139. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_15.Рызванович А.Я., Генералов В.А., Капралов В.В. Вибрационная обработка с крутильными колебаниями шпинделя // Вестник машиностроения. 2016. № 6. С. 31–35. EDN: WEZRFV.Ryzvanovich A.Ya., Generalov V.A., Kapralov V.V. Vibration processing with spindle torsional vibrations. Vestnik mashinostroeniya. 2016;6:31-35. (In Russ.). EDN: WEZRFV.Рызванович А.Я., Генералов В.А. Повышение качества сверления отверстий малого диаметра применением вибрации // Вестник машиностроения. 2022. № 6. С. 78–83. https://doi.org/10.36652/0042-4633-20226-78-83. EDN: RIMAEL.Ryzvanovich A.Ya., Generalov V.A. Improving the quality of drilling holes of small diameter using vibration. Vestnik mashinostroeniya. 2022;6:78-83. (In Russ.). https://doi.org/10.36652/0042-4633-2022-6-78-83. EDN: RIMAEL.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.