Частотно-часовий підхід до забезпечення сталості токарної обробки
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.268637Ключові слова:
сталість процесу різання, діаграма сталості, частотний критерій сталості, токарне обробленняАнотація
Представлено новий підхід до забезпечення сталості процесу токарної обробки, який базується на частотно-часових характеристиках технологічної обробної системи (ТОС). Підхід використовує математичну модель процесу точіння як одномасової системи з одним ступенем свободи з урахуванням негативного зворотного зв'язку за нормальною координатою та позитивного зворотного зв'язку із запізненням за глибиною різання. Запропоновано новий критерій сталості процесу різання як системи із запізненням у позитивному зворотному зв'язку, що ґрунтується на аналізі частотних характеристик у вигляді діаграми Найквіста. Доведено, що така система буде сталою, коли графік її діаграми Найквіста не охоплює точку з координатами [+1, 0] на комплексній площині. Справедливість нового критерію підтверджено зіставленням результатів моделювання у часовому діапазоні з розташуванням діаграми Найквіста на комплексній площині. На основі нового критерію сталості складено алгоритм автоматичної побудови діаграми сталості (Stability Lobes Diagram – SLD). Визначено необхідні апріорні параметри ТОС, діапазони зміни частот та кроку розрахунку для побудови такої характеристики в координатах «глибина різання – частота обертання шпинделя». Адекватність отриманих результатів підтверджується натурним експериментом з оцінки шорсткості оброблених деталей при режимах різання, що потрапляють у область сталості та несталості на графіку SLD. Проведений натурний експеримент довів можливість суттєвого зниження шорсткості за параметром Rz з 43 мкм до 18 мкм при одночасному підвищенні продуктивності в 1,28 рази. Використання діаграми сталості особливо ефективно при програмуванні токарних верстатів з ЧПК, де є можливість вибору частоти обертання шпинделя в широкому діапазоні
Посилання
- Kayhan, M., Budak, E. (2009). An experimental investigation of chatter effects on tool life. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 223 (11), 1455–1463. doi: https://doi.org/10.1243/09544054jem1506
- Quintana, G., Ciurana, J., Teixidor, D. (2008). A new experimental methodology for identification of stability lobes diagram in milling operations. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48 (15), 1637–1645. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2008.07.006
- Tobias, S., Fishwick, W. (1958). Theory of Regenerative Machine Tool Chatter. The Engineer, 199–205. Available at: http://www.vibraction.fr/images/stories/Documents/1erePresentationLobesTobias.pdf
- Tlusty, J., Polacek, M. (1963). The Stability of Machine Tools against Self Excited Vibrations in Machining. International research in production engineering, ASME, 465–474. Available at: http://www.vibraction.fr/images/stories/Documents/2emePresentationLobesTlusty.pdf
- Budak, E., Altintas, Y. (1995). Modeling and avoidance of static form errors in peripheral milling of plates. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 35 (3), 459–476. doi: https://doi.org/10.1016/0890-6955(94)p2628-s
- Altintas, Y., Weck, M. (2004). Chatter Stability of Metal Cutting and Grinding. CIRP Annals, 53 (2), 619–642. doi: https://doi.org/10.1016/s0007-8506(07)60032-8
- Quintana, G., Ciurana, J. (2011). Chatter in machining processes: A review. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 51 (5), 363–376. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2011.01.001
- Khasawneh, F. A. (2015). Stability Analysis of Machining Processes Using Spectral Element Approach. IFAC-PapersOnLine, 48 (12), 340–345. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.09.401
- Yue, C., Gao, H., Liu, X., Liang, S. Y., Wang, L. (2019). A review of chatter vibration research in milling. Chinese Journal of Aeronautics, 32 (2), 215–242. doi: https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.11.007
- Altintas, Y., Stepan, G., Budak, E., Schmitz, T., Kilic, Z. M. (2020). Chatter Stability of Machining Operations. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 142 (11). doi: https://doi.org/10.1115/1.4047391
- Petrakov, Y. V. (2019). Chatter suppression technologies for metal cutting. Mechanics and Advanced Technologies, 86 (2). doi: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2019.86.185849
- Altintas, Y., Ber, A. (2001). Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. Applied Mechanics Reviews, 54 (5), B84–B84. doi: https://doi.org/10.1115/1.1399383
- Sipahi, R., Niculescu, S.-I., Abdallah, C.T., Michiels, W., Gu, K. (2011). Stability and Stabilization of Systems with Time Delay. IEEE Control Systems, 31 (1), 38–65. doi: https://doi.org/10.1109/mcs.2010.939135
- Petrakov, Y., Danylchenko, M., Petryshyn, A. (2019). Prediction of chatter stability in turning. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (101)), 58–64. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.177291
- Szulewski, P., Śniegulska-Grądzka, D. (2017). Systems of automatic vibration monitoring in machine tools. Mechanik, 90 (3), 170–175. doi: https://doi.org/10.17814/mechanik.2017.3.37
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Yuri Petrakov, Mariia Danylchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
