Коррекция режимов резания по данным численного моделирования динамики системы инструмент-заготовка с учетом резонансов

Цель работы – выполнить коррекцию режимов резания для технологического процесса изготовления детали «крышка-кронштейн», назначенных в соответствии с рекомендациями электронного каталога CoroPlus ToolGuide производителя инструментов Sandvik. Данная коррекция необходима для повышения динамической стабильности механической обработки. Для решения задачи коррекции режимов резания использовалось численное моделирование динамики системы «инструмент-заготовка» с учетом резонансов в программе инженерного анализа Femap with Nastran. Даны рекомендации режимов резания с учетом технических возможностей станка и инструментальной оснастки, а также объема удаляемого материала, но без учета динамических свойств инструмента и станка. Показано, что на 7-м и 8-м технологических переходах появляются резонансные колебания в системе фреза–заготовка и изменяется соотношение сил на режущих кромках фрез до 245%, что приводит к их неравномерному износу, снижению качества обработки. Установлено, что колебания сил обработки можно представить как сумму нескольких гармоник оборотной и зубцовой частот. По полученным результатам видно, что проблему отхода от резонансных частот можно решать не только занижением частоты вращения шпинделя, но и изменением технологического процесса. Рекомендованная смена последовательности технологических переходов 7 и 8 позволяет избежать резонансных частот без снижения уровня производительности и выполнять обработку на максимально допустимой частоте вращения фрезы в 18000 об/мин; при таком подходе первые гармоники зубцовых частот будут вне резонансной зоны. В дальнейшем планируется работа над дополнением модели динамическими характеристиками станка, инструмента и оснастки.

1. Алейников Д.П., Лукьянов А.В. Моделирование сил резания и определение вибродиагностических признаков дефектов концевых фрез // Системы. Методы. Технологии. 2017. № 1. С. 39–47. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2017-1-39-47

2. Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование пространственной вибрации обрабатывающего центра в режиме фрезерования // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 1. С. 96–101.

3. Лукьянов Д.А., Алейников Д.П., Лукьянов А.В. Вычисление параметров и визуализация пространственных колебаний шпинделя обрабатывающего центра по результатам виброизмерений // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 12. С. 92–98.

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

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

6. Савилов А.В., Пятых А.С. Влияние вибраций на точность и качество поверхности отверстий при сверлении // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 12. С. 103–110.

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 Yu. Manufacturing Automation. Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. Cambridgе: Cambridge University Press, 2012. 366 р. https://doi.org/10.1017/cbo9780511843723

9. Shanthi B., Mahalakshmi N., Shobana M. Structural Health Monitoring using Varied Machine Learning Algorithms // International Journal of Engineering & Technology. 2018. Vol. 7. No. 3.12. P. 793–796. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i3.12.16503

10. Юркевич В.В. Измерение вертикальной составляющей силы резания при точении // Металлообработка. 2012. № 5–6. С. 6–8.

11. Лукьянов А.А., Капустин А.Н., Лукьянов А.В. Алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированного термомониторинга и диагностики оборудования // Контроль. Диагностика. 2005. № 9. С. 45–53.

12. Ahmadi K., Savilov A. Modeling the mechanics and dynamics of arbitrary edge drills // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2015. Vol. 89. Р. 208– 220. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.11.012

13. Мокрицкий Б.Я., Ситамов Э.С. Выбор упрочняющих покрытий по результатам имитационного моделирования // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 4. С. 147–150. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2020-16-4-147-150

14. Гаврилин А.Н., Мойзес Б.Б., Фасхутдинов Р.М. Моделирование процессов в технологической системе при токарной обработке // Главный механик. 2019. № 4. С. 46–50.

15. Мокрицкий Б.Я., Ситамов Э.С., Верещагин В.Ю., Шакирова О.Г. Управление выбором упрочненного инструмента на основе моделирования в программной среде DEFORM // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 6. С. 249–251.

16. Гимадеев М.Р., Давыдов В.М. Обеспечение качества поверхности при механообработке сложнопрофильных деталей // Технология машиностроения. 2018. № 11. С. 9–16.

17. Козочкин М.П., Сабиров Ф.С., Боган А.Н., Мысливцев К.В. Мониторинг состояния технологического оборудования на промышленных предприятиях // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2013. Т. 17. № 8. С. 56–62.

18. Григорьев С.Н., Гурин В.Д., Козочкин М.П. Диагностика автоматизированного производства. М.: Машиностроение, 2011. 600 с.

19. Игнатьев С.А., Игнатьев А.А., Иващенко В.А. Автоматизированные системы мониторинга технического состояния технологического оборудования // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 8. С. 43–47.

20. Sastry S., Kapoor S.G., Devor R.E. Floquet theory based approach for stability analysis of the variable speed face-milling process // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2002. Vol. 124. Issue 1. P. 10–17. https://doi.org/10.1115/1.1418695

21. Драчев О.И. Технология вибрационной обработки и вибрационного точения маложестких деталей. Серия: Управление качеством технологических процессов в машиностроении. Ирбит: Изд-во «Объединение научных инженерных коммерческих структур», 2015. 260 с.