Управляемые шпиндельные опоры как инструмент обеспечения качества обработки

Цель работы – обеспечение условий для управления качеством обработанной поверхности заготовок на основе применения газомагнитных опор в станочных системах (на примере внутришлифовального станка 3К227А). Для моделирования траектории взаимного перемещения инструмента и заготовки применены методы нелинейной динамики; проведены анализ литературных данных и экспериментальные исследования. На основе рассмотренных вопросов управления динамической устойчивостью технологических систем при механической обработке посредством бесконтактных управляемых газомагнитных опор шпиндельных узлов предложена схема адаптивного управления станочной системой, позволяющая во многом устранить внешние механические воздействия на технологическую систему, внутренние колебания, возникающие от приводов и подвижных частей, а также компенсировать температурные деформации станины и корпуса шпиндельного узла. Продемонстрирована в действии адаптивная система управления на основе газомагнитных опор шпиндельного узла и заготовки, а также системы контроля положения заготовки и инструмента (на примере внутришлифовального станка 3К227А). Разработанная в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете система управления газомагнитными опорами позволяет задавать положение оси ротора с точностью до 0,1 мкм. Полученные результаты исследования позволили сделать вывод: управление двумя адаптивными звеньями на газомагнитных опорах, а именно – шпиндельным узлом инструмента и шпиндельным узлом заготовки, позволяет достигать точность вращения до 0,2 мкм. Методы нелинейной динамики позволили в режиме реального времени построить аттрактор (траекторию) движения вершины инструмента, что дает возможность воздействовать на входные параметры процесса обработки и управлять тем самым выходными параметрами. При этом данная система управления динамической устойчивостью станочной системы применима и к другим видам обработки, в том числе лезвийной.

1. Дружинский И.А. Концепция конкурентоспособных станков. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. 247 с.

2. Космынин А.В., Хвостиков А.С., Щетинин В.С., Смирнов А.В. О теории газовой смазки и одной ее задаче // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. Машиностроение. 2020. № III-1(43). С. 94–98.

3. Космынин А.В., Щетинин В.С., Хвостиков А.С. Основы проектирования высокоскоростных шпиндельных узлов на газомагнитных опорах. Владивосток: Дальнаука, 2011. 178 с.

4. Иванова Н.А., Космынин А.В., Щетинин В.С. Шлифовальный шпиндельный узел для высокоскоростной обработки металлов // Успехи современного естествознания. 2009. № 9. С. 74–75.

5. Щетинин В.С., Космынин А.В., Ульянов А.В., Ваньков А.А. Шпиндельные узлы металлорежущих станков на опорах с внешним наддувом газа для финишной обработки отверстий малого диаметра // Фундаментальные исследования. 2015. № 2. Ч. 19. С. 4192– 4196.

6. Yamada H., Suzuki N. Development of Magnetic aerostatic hybrid spindle // NTN. Technical review. 2001. Issue 69. Р. 21–26. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ntn.co.jp/japan/products/review/pdf/NTN_TechnicalReview_69.pdf (25.06.2020).

7. Ульянов А.В. Система управления активно управляемой газомагнитной опорой // Современные тенденции технических наук: матер. III Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2014 г.). Казань: Бук, 2014. С. 49–52.

8. Остафьев В.А., Антонюк В.С., Тымчик Г.С. Диагностика процесса металлообработки. К.: Тэхника, 1991. 152 с.

9. Ким В.А., Якубов Ч.Ф. Диссипативная структура контактно-фрикционного взаимодействия при резании металлов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 12. С. 35–45. http://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-12-35-45

10. Savilov А.V., Svinin V.M., Timofeev S.A. Investigation of output parameters of titanium reverse turning // Journal of Physics: IOP Conference Series. 2018. Vol. 1015. Issue 4. Р. 042055. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/4/042055

11. Савилов А.В., Никулин Д.С., Николаева Е.П., Родыгина А.Е. Современное состояние производства высокопроизводительного режущего инструмента из порошковых быстрорежущих сталей и твердых сплавов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 6. С. 26–33.

12. Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Влияние флуктуаций на устойчивость формообразующих траекторий при точении // Известия высших учебных заведений. Северокавказский регион. Серия: Технические науки. 2017. № 2. С. 52–61. http://doi.org/10.17213/0321-2653-2017-2-52-61

13. Башков О.В., Ким В.А., Лончаков С.З., Физулаков Р.А., Белова И.В. Исследование деформационнотехнологических характеристик стали 12Х18Н10Т // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. 2019. № I-1(37). С. 77–83. http://doi.org/10.17084/II-1(37).10

14. Сарилов М.Ю., Мельников В.В. Исследование процессов электроэрозионной обработки // Журнал технической физики. 2019. Т. 89. Вып. 6. С. 893–898. http://doi.org/10.21883/JTF.2019.06.47636.66-18

15. Ким В.А., Мокрицкий Б.Я., Самар Е.В., Якубов Ч.Ф. Адгезионные процессы контактного взаимодействия при резании материалов // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. 2018. № I- 1(33). C. 66–75. http://doi.org/10.17084/II-1(33).9

16. Лановой Д.А., Свинин В.М., Савилов А.В. Подавление автоколебаний при концевом фрезеровании на станке с числовым программным управлением методом программной модуляции скорости резания // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. 2018. № IV-1(36). С. 79–90. http://doi.org/10.17084/I-1(36).11

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

18. Ваньков А.А., Щетинин В.С., Космынин А.В. Описание динамики высокоскоростного ротора // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. 2018. № I-1(33). С. 76–79. http://doi.org/10.17084/II-1(33).10

19. Мокрицкий Б.Я., Усова Т.И. Исследование возможности расширения области применения видеоизмерительной машины // Ученые записки Комсомольскогона-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. Машиностроение. 2017. № IV-1(32). С. 45–49.

20. Еренков О.Ю., Кравченко Е.Г., Верещагина А.С. Исследование шероховатости полимерных материалов после точения заготовок, предварительно обработанных поверхностно-активными веществами // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. Cерия: Науки о природе и технике. Машиностроение. 2016. № II-1(26). С. 23–28. http://doi.org/10.17084/2016.II-1(26).4