Определение основных технических параметров проектируемой сверлильной машины с автоматической подачей

Цель – выработка и обоснование комплекса технико-экономических требований для подготовки в условиях импортозамещения задания на проектирование отечественной сверлильной машины с автоматической подачей.  Объектами исследований для сравнения явились сверлильные машины с автоматической подачей, выпускаемые фирмами Atlas Copco, Desoutter и Recoules. По аналогии с существующими сверлильными машинами с автоматической подачей для проектируемой машины установлены ограничения предельный вес до 6 кг и габаритные размеры до 320х110х450 мм. Выбор электродвигателей приводов вращения шпинделя и его осевой подачи проведен на основе примера обработки твердосплавным сверлом отверстия диаметром 12 мм в типовом смешанном пакете толщиной 58 мм из листов стали марки 30ХГСА, полимерных композиционных материалов на основе углепластика, титанового сплава марки Вт6 и алюминиевого сплава марки 1933. Требуемая мощность электродвигателей определена с использованием режимов резания, выбранных из действующих справочников и данных, полученных при натурных испытаниях сверления смешанного пакета на станке DMC 635 V с динамометрической плитой Kistler Type 9123CQ05. Осциллограммы осевой силы и крутящего момента показали, что наибольшее силовое сопротивление возникает при сверлении титанового сплава. Рассчитаны и подтверждены следующие величины для проектируемой сверлильной машины с автоматической подачей: требуемая мощность электрических приводов – 1,5 кВт (для привода подачи), 2,8 кВт (для привода вращения шпинделя). Максимальная требуемая частота вращения 1940 об/мин, максимальная требуемая подача 4,5 мм/об. Для дробления стружки и подавления возможных автоколебаний сверла предложено использовать создаваемые системой числового программного управления модуляции скоростей подачи и вращения шпинделя. В дальнейших исследованиях планируются изготовление опытного образца и испытание сверлильной машины с автоматической подачей, спроектированной по выданным рекомендациям. 

1. Соколова О.Ф., Шарипова Д.Р. Композитные материалы в космической и авиационной промышленности // Проблемы и перспективы экономических отношений предприятий авиационного кластера: сб. науч. тр. VIII Всерос. науч. конф. (г. Ульяновск, 24–26 октября 2023 г.). Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2023. С. 15–18. EDN: AFLZLN.

2. Ширинкин В.В., Макаров В.Ф., Мешкас А.Е. Наукометрическое исследование проблем сверления композиционных материалов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2015. Т. 1. С. 289–298. EDN: VRRBET.

3. Козочкин М.П., Мамотько А.И., Маслов А.Р. Исследование процесса сверления лонжерона лопасти винта из слоистого полимерного композита // Вестник Московского государственного технологического университета «Станкин». 2017. № 4. С. 68–72. EDN: ZUKBML.

4. Завацкая Т.В., Кротенко А.Е., Иванов Ю.Н. Сверление и контроль отверстий в пакетах «титановый сплав- углепластик» // Жизненный цикл конструкционных материалов: сб. тр. XII Всероссийской науч.-техн. конф. (г. Иркутск, 6 июня 2022 г.). Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2022. С. 209–215. EDN: CVDQBN.

5. Чащин Н.С. Чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах // Авиакосмические технологии (АКТ-2018): труды XIX Междунар. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов (г. Воронеж, 18–19 октября 2018 г.). Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2018. С. 262–266. EDN: YXXZRJ.

6. Пикалов А.А., Чайников К.К. Применение специальной технологической оснастки и гибких сверлильных шаблонов для сверлильных машин с автоматической подачей режущего инструмента // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18. № 1-2. С. 260–263. EDN: WLWZBD.

7. Свинин В.М., Шутенков А.В., Ястребов С.В. Анализ конструкций и технологических требований к сверлильным машинам с автоматической подачей для авиационного производства // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): материалы XIII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 16 мая 2023 г.). Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2023. С. 38–43.

8. Пашков А.Е., Иванов Ю.Н., Чащин Н.С., Иванова В.О. Оценка эффективности использования твердосплавного и алмазного инструмента для обработки отверстий в смешанных пакетах // Системы. Методы. Технологии. 2017. № 4. С. 60–66. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2017-4-60-66. EDN: ZWZWYV.

9. Стуров А.А. Повышение эффективности обработки отверстий в многослойных пакетах // Молодежный вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 1. С. 7. EDN: VRWXUB.

10. Чащин Н.С., Иванов Ю.Н., Никонович В.В. Сухая чистовая обработка отверстий в смешанных пакетах ступенчатым инструментом // Проблемы механики современных машин: сб. тр. VIII Междунар. конф. (оз. Байкал, 4–9 июля 2022 г.). Улан-Удэ: Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 2022. С. 235–242. https://doi.org/10.53980/9785907599055_235. EDN: GYFXXF.

11. Вотинцева А.Б. Критерии выбора двигателя для беспилотного летательного аппарата // Молодой ученый. 2022. № 4. С. 45–47.

12. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. 350 с.

13. Пат. № 2412023, Российская Федерация, С2, B23B 35/00, B23B 45/16. Способ вибросверления с мелкодисперсным дроблением стружки / В.Н. Старов, А.В. Масленников, А.И. Барботько. № 2008148738/02. Заявл. 10.12.2008; опубл. 20.02.2011. Бюл. № 5.

14. Пат. № 1294498, СССР, В23В 47/04. Шариковый вибратор / Ю.В. Лебедев, Л.П. Лукьяненко. № 3915500/ 31-08. Заявл. 18.06.1985; опубл. 07.03.1987. Бюл. № 9.

15. Пат. № 1590213, СССР, В23В 47/04, В23В 25/02. Шпиндельный узел / К.М. Рагульскис, Й.Б. Гудонис, Б.Б. Стульпинас, В.В. Юренас. № 4429368/31-08. Заявл. 24.05.1988; опубл. 07.09.1990. Бюл. № 33.

16. Воронов С.А., Гуськов А.М., Иванов И.И., Барышева Д.В., Киселёв И.А. Существующие методы обеспечения низкочастотных вибраций инструмента с целью дробления стружки при сверлении глубоких отверстий // Наука и образование. 2014. № 12. С. 842–857. https://doi.org/10.7463/1214.0748342. EDN: TEVGVN.

17. Roukema J.C., Altintas Yu. Generalized modeling of drilling vibrations. Part I: Time domain model of drilling kinematics, dynamics and hole formation // International Journal of Machine and Tools Manufacture. 2007. Vol. 47. Iss. 9. P. 1455–1473. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.10.005.

18. Svinin V.M., Savilov A.V., Shutenkov A.V. Software spindle speed variation as method for chatter suppression in drilling // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020. P. 131–139. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_15.

19. Рызванович А.Я., Генералов В.А., Капралов В.В. Вибрационная обработка с крутильными колебаниями шпинделя // Вестник машиностроения. 2016. № 6. С. 31–35. EDN: WEZRFV.

20. Рызванович А.Я., Генералов В.А. Повышение качества сверления отверстий малого диаметра применением вибрации // Вестник машиностроения. 2022. № 6. С. 78–83. https://doi.org/10.36652/0042-4633-20226-78-83. EDN: RIMAEL.