Коррекция частоты вращения шпинделя при фрезеровании по данным численного моделирования системы: приспособление-инструмент-заготовка

При механической обработке неизбежно возникают колебания, которые при совпадении с собственными частотами одного из элементов, образующих эту систему, могут вызвать резонанс, вызывающий преждевременный износ дорогостоящего оборудования, инструмента и оснастки, что снижает качественные характеристики деталей или может привести к браку. Поэтому ставится вопрос о контроле собственных частот колебаний элементов станочной системы, инструмента и заготовки. На основе конечно-элементной модели колебаний системы: станок-приспособление-инструмент-заготовка разработаны рекомендации по выбору нерезонансных частот вращения шпинделя фрезерного станка. Исследования проводились экспериментальными, аналитическими и методами конечно-элементного моделирования с использованием автоматизированной инженерной системы расчетов Femap. При проведении экспериментов использовано измерительное оборудование фирмы Polytec и пакет программного обеспечения National Instruments LabVIEW, модуль Sound and Vibration. Получены конечно-элементные модели колебаний системы приспособление-инструмент-заготовка, на основании которых выданы рекомендации по назначению допустимых частот вращения шпинделя. Подход может быть применен для корректировки режимов резания при фрезеровании, например, корпусных деталей, панелей, имеющих значительные отличия между геометрической формой и массой заготовки в сравнении с готовой деталью.

конечно-элементное моделирование фрезерования, моделирование колебаний при фрезеровании, виброиспытания инструментальной наладки, оптимальные режимы фрезерования

1. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. 359 с.

2. Костин П.Н., Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Определение частот колебаний заготовки с учетом специфики ее крепления // Молодежный вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 8. № 3. С. 23-29.

3. Промптов А.И. Взаимосвязь характеристик поверхностного слоя, формируемого лезвийной обработкой // Известия Томского политехнического университета: Совершенствование процессов резания и поверхностного пластического деформирования. 2002. Т. 305. Вып. 1. С. 54-59.

4. Промптов А.И., Лившиц О.П. Управление качеством поверхности деталей машин при финишной обработке // Вестник Иркутского государственного технического университета. 1998. № 3. С. 34-39.

5. Савилов А.В., Пятых А.С., Тимофеев С.А. Современные методы оптимизации высокопроизводительного фрезерования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 6-2. С. 476-479.

6. Савилов А.В., Пятых А.С. Влияние вибраций на точность и качество поверхности отверстий при сверлении // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 12 (83). С. 103-111.

7. 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.

8. Altintas Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design. Cambridge University Press. 2012. 366 р.

9. Zhou Y., Yang W., Zhou Y., Xu Z., Shi X. Consistency evaluation of hole series surface quality using vibration signal // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 92. Issue 1-4. P. 1069-1079. DOI: 10.1007/s00170-017-0184-6

10. Зелинский С.А., Морозов Ю.А., Серебрий Ю.А. Математическая модель процесса контурного фрезерования нежестких деталей // Труды Одесского политехнического университета. 2015. С. 28-33.

11. Kiselev I.A. Cutting process modelling geometric algorithm 3MZBL: working surface description approach // Engineering Journal: Science and Innovation. 2012. № 6. P. 158-175. DOI: 10.18698/2308-6033-2012-6-269

12. Voronov S.A., Kiselev I.A. Cutting process modelling geometric algorithm 3MZBL: Algorithm of surface modifycation and instantaneous chip thickness determination // Engineering Journal: Science and Innovation. 2012. № 6.

13. Пятых А.С., Савилов А.В. Определение коэффициентов сил резания для моделирования процессов механообработки // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. № 2. С. 211-216.

14. Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование колебаний сил взаимодействия фрезы с заготовкой при повышении скорости вращения шпинделя // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. Т. 56. № 4. С. 70-82. DOI: 10.26731/1813-9108.2017.4(56).70-82.

15. Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran. М.: ДМК Пресс, 2013. 784 с.