ПОДАВЛЕНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ ПРОГРАММНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКА

Определение предельных возможностей современного токарного станка с числовым программным управлением по модуляции скорости резания, создаваемой программным путем, и оценка эффективности подавления автоколебаний заготовки в границах этих возможностей. Проведен анализ литературных источников. Для создания модуляции частоты вращения шпинделя программным путем применили техническое решение фирмы Siemens, основанное на использовании таймера. Экспериментальные исследования проводили на токарном обрабатывающем центре модели DMG NEF 400 со стойкой числового программного управления Siemens 840D. Для измерений параметров в опытах использовали лазерный виброметр Polytec OFV-505, трехкомпонентный динамометр Kistler Type 9129AA, профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200, встроенную в систему числового программного управления станка функцию Servo Trace, программное обеспечение «Dyno Ware» и «National Instruments Lab View 2012». Испытания станка на холостом ходу при всех сочетаниях частоты вращения шпинделя и частоты ее модуляции позволили установить, что инерционность шпинделя препятствует полной отработке станком заданной глубины модуляции. Степень этой отработки определена графиками в пространстве технологических параметров. С учетом возможностей станка проведены опыты по гашению автоколебаний нежесткой заготовки модулированной скоростью резания. Для конкретных условий обработки модуляция скорости резания обеспечила снижение уровня автоколебаний и колебаний силы резания в 20 раз, и шероховатости обработанной поверхности в 2 раза. На основе испытаний станка найдена область его рационального использования для гашения автоколебаний нежестких заготовок с помощью модуляции скорости резания. Экспериментальным путем доказана способность станка практически полного подавления автоколебаний при работе в границах его возможностей.

автоколебания, модуляция скорости резания, глубина и частота модуляции, точение валов

1. Altintas Y, Weck M. Chatter stability of metal cutting and grinding // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2004. Vol.53. Issue2. P. 619-642. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)60032-8

2. Quintana G, Ciurana J. Chatter in machining processes: a review // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2011. Vol. 51. P. 363-376. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.01.001

3. Шнепс В.А. Экспериментальное исследование влияния синусоидального изменения скорости на устойчивость резания // Вопросы динамики и прочности. 1970. Вып. 20. С. 123-130.

4. Stoferle T., Grab H. Vermeiden von Ratterschwingungen durch Periodische Drehzahlanderung // Werkstatt und Betrieb. 1972. Vol. 105. P. 727-730.

5. Hoshi T., Sakisaka N., Moriyama I, Sato M. Study for practical application of fluctuating speed cutting for regenerative chatter control. //CIRP Annals - Manufacturing Technology. 1977. Vol. 25. P. 175-179. DOI:10.1299/kikai1938.44.1085

6. Sexton J.S., Stone R.J. An investigation of the transient effects during variable speed cutting // Journal of Mechanical Engineering Science. 1980. Vol. 22. Issue 3. P. 107-118. DOI:10.1243/JMES_JOUR_1980_022_024_02.

7. Jemielniak K., Widota A. Suppression of Self-excited Vibration by the Spindle Speed Variation Method // Int. J. Mach. Tool Des. Res. 1984. Vol. 24. P. 207-214.

8. Lin S.C., Devor R.E., Kapoor S.G. The effects of variable speed cutting on vibration control in face milling // ASME, Journal of Engineering for Industry. 1990. Vol. 112. P. 1-11. DOI: 10.1115/1.2899290

9. Lee A.C., Liu C.S. Analysis of chatter vibration in the end milling process // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1991. Vol. 31. Issue 4. P. 471-479. DOI: 10.1016/0890-6955(91)90030-7.

10. Свинин В.М. Гашение автоколебаний при фрезеровании путем периодического изменения скорости резания // Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья: тез. докл. региональной науч.-техн. конф. ЧитПИ (г. Чита, 1991 г.). Чита, 1991. С. 15-16.

11. Altintas Y., Chan P.K. In process detection and suppression of chatter in milling,// International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32. P. 329-347. DOI:10.1016/0890-6955(92)90006-3

12. Tsao T., Carthy M., Kapoor S. A new approach to stability analysis of variable speed machining systems // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1993. Vol. 33. Issue 6. P. 791-808. DOI: 10.1016/0890-6955(93)90038-V

13. Jayaram S., Kapoor S.G., DeVor R.E. Analytical stability analysis of variable spindle speed machining // ASME, Journal of Engineering for Industry. 2000. Vol. 122. P. 391-397.DOI:10.1115/1.1285890

14. Yilmas A, Al-Regib E., NiJ. Machine Tool Chatter Suppression by Multi-Level Random Spindle Speed Variation // ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2002. Vol. 124. P. 208-216. DOI:10.1115/1.1378794

15. Афонин А.А., Афонина Н.А., Орлов А.Б. Повышение виброустойчивости технологической системы, на основе управляемой девиации параметров режима резания // Справочник. Инженерный журнал. 2004. Приложение № 8. С. 29-32.

16. Свинин В.М. Фрезерование с модулированной скоростью резания. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2007. 302 с.

17. Zhang, H., Ni, J. Internal Energy Based Analysis on Mechanism of Spindle Speed Variation for Regenerative Chatter Control //Journal of Vibration and Control. 2010. Vol.16. Issue 2. P. 281-301. DOI:10.1177/1077546309103562

18. Albertelli P., Musletti S., Leonesio M., Bianchi G., Monno M.Spindle speed variation in turning: Technological effectiveness and applicability to real industrial cases // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012.Vol. 62. Issue 1-4. P. 59-67.DOI: 10.1007/s00170-011-3790-8.

19. Внуков Ю.Н., Натальчишин В.В., Гермашев А.И., Кучугуров М.В., Дядя С.И. Применение модуляции скорости главного движения фрезерного станка для гашения регенеративных автоколебаний при фрезеровании тонкостенных деталей // Вісник НТУУ «КПІ». 2014. Серiя машинобудування. № 3 (72). С. 12-17.

20. Ding Y., Zhu L.M., Zhang X.J., Ding H. Integration Method for Stability Analysis of Milling With Variable Spindle Speeds //ASME Journal of Vibration and Acoustics. 2015. Vol. 138. Issue 1. P. 011010.DOI: 10.1115/1.4031617.

21. Niu, J., Ding, Y., Zhu, L., Ding, H. Stability Analysis of Milling Processes With Periodic Spindle Speed Variation Via the Variable-Step Numerical Integration Method //ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2016. Vol. 138. Issue 11. P. 114501.DOI: 10.1115/1.4033043.

22. Stepan, G., Kiss, A. K., Ghalamchi, B., Sopanen, J., Bachrathy, D. Chatter Avoidance in Cutting Highly Flexible Workpieces //CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2017. Vol. 66. Issue 1. P. 377-380.DOI:10.1016/j.cirp.2017.04.054.

23. Кучугуров М.В., Гермашев А.И., Дядя С.И., Пирожок А.В. Особенности реализации возможностей управления приводами станков на базе стойки ЧПУ SIEMENS // ISSN 2078-7677. Високі технології в машинобудуванні, 2015. Випуск 1 (25). С. 80-87.

24. SINUMERIK 828D, 840D sl: Avoiding vibration in slewing gear pieces [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://support.industry.siemens.com/cs/document/78452062/sinumerik-828d-840d-sl%3A-avoiding-vibration-in-slewing-gear-pieces?dti=0&lc=en-WW (дата обращения: 14.10.2018).

25. Свинин В.М. Выбор параметров модуляции скорости резания для гашения регенеративных автоколебаний // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. 2006. № 41. С. 135-142.

26. Серебренникова А.Г., Пятых А.С., Тимофеев С.А. Исследование зависимости сил резания от геометрических параметров токарного резца // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: Сборник статей IX Всерос.-практ. конф. Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2017. С. 241-246.

27. Савилов А.В., Пятых А.С., Тимофеев С.А. Оптимизация процессов механообработки на основе модального и динамометрического анализа // Наука и технологии в промышленности. 2013. № 1-2. С. 42-46.