Исследование влияния зажимных патронов на устойчивость процесса фрезерования

Цель – исследовать влияние инструментального зажимного патрона на динамическую устойчивость процесса фрезерования концевой фрезой заготовки из алюминиевого деформируемого сплава В95пчТ2. Для оценки динамической устойчивости применялся анализ разложенного в ряд Фурье сигнала, записанного в процессе фрезерования с помощью инструментального узконаправленного микрофона Shure PGA81-XLR. Фрезерование выполнялось на высокопроизводительном обрабатывающем центре HSC75 linear цельной твердосплавной концевой фрезой, выполненной из твердого сплава H10F. Режимы резания рассчитывались на основании диаграммы устойчивого резания, построенной по результатам операционного модального анализа технологической системы. Измерение шероховатости поверхности выполнялось контактным профилометром Taylor Hobson Form Talysurf i200. В качестве критериев оценки эффективности процесса резания использовались производительность, определяемая скоростью съема материала, и качество обработанной поверхности, устанавливаемое параметром шероховатости. Показана связь типа инструментального зажимного патрона, используемого для закрепления концевой фрезы, со скоростью съема материала и шероховатостью обработанной поверхности. Установлено, что для инструментальной наладки на базе силового зажимного патрона области стабильного резания, рассчитанные при ширине резания 16 мм и подаче резания 0,1 мм/зуб, соответствуют максимально возможной глубине резания равной 5,6 мм. При этом для остальных рассматриваемых патронов данный показатель меньше на 20–30%. В результате концевого фрезерования наладкой на базе силового патрона с цельной твердосплавной фрезой диаметром 16 мм и тремя режущими зубьями обеспечивается динамически устойчивое резание с наибольшей скоростью съема материала (575,6 см³/мин) и минимальной шероховатостью поверхности (0,56 мкм). На основании проведенного анализа для операции концевого фрезерования на станке с числовым программным управлением рекомендован выбор инструментального зажимного патрона силового типа, обеспечивающий повышение производительности фрезерования (свыше 25% относительно рассматриваемых инструментальных наладок). При этом сохраняется качество обрабатываемой поверхности и увеличивается стойкость режущего инструмента за счет динамически стабильного резания.

1. Абдурахманов А. У., Джемилов Э. Ш. Анализ причин возникновения автоколебаний при механической обработке резанием // Таврический научный обозреватель. 2016. № 5-1. С. 252–257.

2. Siddhpura M., Paurobally R. A review of chatter vibration research in turning // Manufacture. 2012. Vol. 61. P. 27–47. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2012.05.007.

3. Quintana G., Ciurana J. Chatter in machining processes: a review // Elsevier International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2011. Vol. 51. Iss. 5. P. 363–376. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2011.01.001.

4. Altintas Yu. Manufacturing automation metal cutting mechanics, machine tool vibrations, and CNC design: 2nd edition. Vancouver: Cambridge University Press, 2012. 381 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511843723.

5. Copenhaver R., Schmitz T. Modeling and simulation of modulated tool path (MTP) turning stability // Manufacturing Letters. 2020. Vol. 24. P. 67–71. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2020.03.013.

6. Yang Kai, Wang Guofeng, Dong Yi, Zhang Quanbiao, Sang Lingling. Early chatter identification based on an optimized variational mode decompositi on // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. Vol. 115. Р. 238–254. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.05.052.

7. Budak E., Tunç L. T., Alan S., Özgüven H. N. Prediction of workpiece dynamics and its effects on chatter stability in milling // CIRP Annals. 2012. Vol. 61. Iss. 1. P. 339–342. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2012.03.144.

8. Lu Kaibo, Gu Fengshou, Longstaff A., Li Guoyan. An investigation into tool dynamics adaptation for chatter st ability enhancement in the turning of flexible workpieces // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology volume. 2020. Vol. 111. No. 11-12. P. 3259-3271. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06339-x.

9. Соколов Г. В., Гузев Д. А., Жидяев А. Н. Усовершенствованный полнодискретный метод анализа виброустойчивости процесса обработки концевыми фрезами с переходным радиусом // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 3. С. 34–40.

10. Свинин В. М. Выбор параметров модуляции скорости резания для гашения реге-неративных автоколебаний // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2006. № 41. С. 135–142.

11. Свинин В. М. Исследование условий возбуждения и гашения регенеративных автоколебаний в процессе резания // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2005. № 1. С. 29–31.

12. Лановой Д. А., Свинин В. М., Савилов А. В. Подавление автоколебаний при концевом фрезеровании на станке с ЧПУ методом программной модуляции скорости резания // Ученые записки Комсомольского-наАмуре государственного технического университета. 2018. № IV-I. С. 79–90.

13. 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 національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Сер iя: Машинобудування. 2014. № 3(72). С. 12 –17. https://doi.org/10.20535/23059001.2014.72.32912.

14. Liu Changfu, Zhu Lida, Ni Chenbing. The chatter identification in end milling based on combining EMD and WPD // The International Journal of Advanced Manufa cturing Technology. 2017. Vol. 91. No. 3 -11. Р. 3339-3348. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0024-8.

15. Bediaga I., Egaña I., Munoa J., Zatarain M., López De Lacalle L.N. Chatter avoidance method for milling process based on sinusoidal spindle speed variation method: simulation and experimental results // 10th CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations (Reggio Calabria, August 2007). Reggio Calabria , 2007.

16. Bediaga I., Hernandez J., Munoa J., Uribe-Etxeberria R. Comparative analysis of spindle speed variation techniques in milling // Intelligent Manufacturing & Automation: Focus on Reconstruction and Development: 15th International DAAAM Symposium (Vienna, November 2004). Vienna, 2004. P. 1–2.

17. Yuan Heng, Wan Min, Yang Yun, Zhang Wei -Hong. A tunable passive damper for suppressing chatters in thin wall milling by considering the varying modal parameters of the workpi ece // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104. P. 4605-4616. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04316-7.

18. Altintaş Y., Budak E. Analytical prediction of stability lobes in milling // CIRP Annals. 1995. Vol. 44. Iss. 1. P. 357–362. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)62342-7.

19. Yan Rong, Gong Yanhong, Peng Fangyu, Tang Xiaowei, Li Hua, Li Bin. Three degrees of freedom stability analysis in the milling with bull-nosed end mills // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 86. P. 71–85. https://doi.org/10.1007/s00170-015-8144-5.

20. Воронов С. А., Непочатов А. В., Киселев И. А. Критерии оценки устойчивости процесса фрезерования нежестких деталей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. № 1. С. 50–62. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2011-1-50-62.

21. Свинин В. М., Савилов А. В., Шутенков А. В., Панин М. А. Подавление автоколебаний при токарной обработке программной модуляцией скорости резания системы числового программного управления станка // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 12. С. 115–124. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-12-115-124.