Отчёт по НИР

В тело расточного резца внедряли пьезоэлектрические актуаторы. В таком методе колебания подавляются за счёт поглотителя пробной массы, создающего инерци-

онную силу, которая противодействует возмущению, действующему в системе.

Для фрезерования возможности активного воздействия на вращающийся ин-

струмент ограничены. Вместо того чтобы воздействовать непосредственно на ин-

струмент, были разработаны активные шпиндели, воздействующие на подшипники шпинделя.

6.3Активные шпиндельные системы

Для подавления автоколебаний, исходящих от самого шпинделя или от фрез,

были разработаны активные шпиндельные системы. Можно выделить две основ-

ные группы решений. В первой, шпиндели с активными магнитными подшипни-

ками (АМП) могут применяться для повышения стабильности процесса. Во второй,

были разработаны активные системы, способные создавать усилие на оси шпин-

деля.

АМП используются в прототипах, разработанных для высокоскоростной об-

работки, для достижения высоких скоростей вращения шпинделя. Шпиндели АМП имеют преимущества в плане износа и скорости по сравнению с традиционными шпинделями на шарикоподшипниках. Однако потеря демпфирования является не-

достатком для стабильности процесса, который должен быть компенсирован по-

средством управления станком.

Рисунок 11 – Активный шпиндель

Активные системы также могут быть размещены на шпинделе для подавле-

ния автоколебаний.

Лист

6.4Активная оснастка для закрепления заготовок

Активные держатели заготовок могут использоваться для подавления авто-

колебаний путём воздействия на относительное движение между режущим инстру-

ментом и заготовкой. Благодаря высокой динамике и точности позиционирования в динамическом диапазоне нагрузок, пьезоэлектрические приводы лучше всего подходят для такого типа оснастки. Активные держатели заготовок могут быть ис-

пользованы для гашения вибраций, генерируемых другими элементами станка.

6.5Применение

Использование активных методов обычно подразумевает трудоёмкую уста-

новку (исполнительный механизм, датчик, источник питания и т.д.) в неблагопри-

ятной среде. Эти экономические и технические усилия оправданы только тогда, ко-

гда другие более простые решения не могут обеспечить оптимальный отклик. Это происходит, когда динамика изменяется, когда необходимо демпфировать не-

сколько режимов или, когда ограниченное пространство не позволяет использовать пассивные демпферы.

Лист

Заключение

Для оценки наилучшего решения проблемы автоколебаний можно придер-

живаться следующей процедуры:

1.Убедиться, что проблема вибраций вызвана автоколебаниями;

2.Измерить частоту автоколебаний;

3.Оценить положение на диаграмме устойчивости (порядок лепестка k);

4.Измерить динамическую жёсткость/податливость, чтобы определить крити-

ческие режимы.

5.Получить форму критического режима с помощью модального анализа.

Эта быстрая оценка даёт решающие указания для выбора надлежащего ме-

тода подавления автоколебаний.

Таблица 1. Применение методов подавления автоколебаний.

Лист

НИЧВШ – непрерывное изменение частоты вращения шпинделя.

ДИЧВШ – дискретное изменение частоты вращения шпинделя.

ППИЛДС – планирование процессов с использованием лепестковой диа-

граммы стабильности.

В зоне A технологического демпфирования НИЧВШ всегда является реали-

стичным решением для устранения неполадок. Специальная геометрия инстру-

мента с особыми кромками или переменной спиралью также может увеличить эф-

фект демпфирования процесса. Если реализация ранее упомянутых решений недо-

статочна, увеличение жёсткости и демпфирования эффективно, если есть простран-

ство. В этой зоне важно влияние геометрии режущей кромки и износа.

В зоне B хорошим вариантом могут быть инструменты с переменной спира-

лью и шагом, но они требуют оптимизации геометрии. Можно было бы предусмот-

реть НИЧВШ, но требуемая амплитуда колебаний может оказаться слишком боль-

шой. Здесь опять же эффективным является улучшение жёсткости и демпфирова-

ния, чтобы иметь возможность увеличить минимальный предел устойчивости.

В зоне С ППИЛДС помогает найти оптимальные зоны. Такая ситуация часто возникает при высокоскоростной обработке алюминиевых сплавов с гибкостью,

исходящей от инструмента или шпинделя. Когда параметры процесса не могут быть изменены из-за ограничений обрабатываемости, хорошим решением явля-

ются инструменты с переменным шагом.

В зоне D, чем выше скорость вращения шпинделя, тем выше стабильность.

Однако эта зона обычно не достигается из-за ограничений шпинделя или из-за дру-

гого дребезга, исходящего от более высокочастотных режимов, которые начинают ограничивать производительность.

Автоколебания чаще возникает при черновой обработке из-за больших глу-

бины резания и подачи. Использование зубчатых фрез и пластин с высокой подачей может стать хорошей альтернативой для черновой обработки без автоколебаний независимо от зоны.

Лист

В настоящее время методы активного демпфирования могут быть рассмот-

рены для решения проблем автоколебаний на операциях с силовым резанием с низ-

кой частотой обработки. Приводы станков также могут быть использованы для демпфирования структурных низкочастотных режимов.

Следует отметить, что даже если исследовательское сообщество должно еще улучшить надёжность и простоту использования многих методов подавления авто-

колебаний, инженеры уже имеют широкий спектр решений для устранения произ-

водственных проблем.

Лист

Список использованных источников

1.Болсуновский С., Вермель В., Губанов Г., Качарава И., Кудряшов А. (2013) Оптимизация параметров процесса обработки тонкостенных деталей на основе ко- нечно-элементного моделирования колебаний заготовки. Труды CIRP 8: 276–280.

2.Болсуновский С., Вермель В., Губанов Г., Леонтьев А. (2013) Уменьшение вибраций гибкой заготовки с помощью динамической опоры, реализованной в виде регулируемого демпфера массы. Протокол CIRP 8: 230–234.

3.Абдурахманов А.У., Джемилов Э.Ш. Анализ причин возникновения автоколебаний при механической обработке резанием. Таврический научный обозреватель № 5(10) — май 2016.

4.М.П. Журавлев, К.Ю. Кравченко, Д.М. Элькинд. Виброустойчивость при обработке торцевыми фрезами с переменным шагом. Вестник Брянского государственного технического университета № 8 (69) 2018.

5.Подавление автоколебаний при концевом фрезеровании на станке с числовым программным управлением методом программной модуляции скорости резания. Лановой Д. А., Свинин В. М., Савилов А. В. Учёные записки №IV-1(36) 2018,

Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

6.Исследование возможности подавления автоколебаний при точении с модуляцией скорости резания на токарном станке с ЧПУ. К.С. Вагнер, В.М. Свинин, А.В. Савилов, С.А. Тимофеев. Иркутский национальный исследовательский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

7.Оценка способности вертикально-фрезерного станка с ЧПУ к модуляции скорости резания для подавления автоколебаний. Д.А. Лановой, А.В. Шутенков, В.М. Свинин, А.В. Савилов, А.С. Пятых. Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Лист

8.Aguirre G, Gorostiaga M, Porchez T, Munoa J (2012) Self-Tuning Semi-Active Tuned-Mass Damper for Machine Tool Chatter Suppression. International Conference on Noise & Vibration Engineering ISMA, Leuven, Belgium.

9.Altintas Y, Engin S, Budak E (1999) Analytical Stability Prediction & Design for Variable Pitch Cutters. Journal of Manufacturing Science & Engineering 121(2):173–

178.

10.Bediaga I, Munoa J, Herna´ndez J, Lo´pez de Lacalle LN (2009) An Automatic

Spindle Speed Selection Strategy to Obtain Stability in High-Speed Milling. International

Journal of Machine Tools & Manufacture 49(5):384–394.

11.Bediaga I, Zatarain M, Munoa J, Lizarralde R (2011) Application of Continuous Spindle Speed Variation for Chatter Avoidance in Roughing Milling. Proceed ings of the Institution of Mechanical Engineers Part B: Journal of Engineering Manufacture 225(5):631–640.

12.Brecher C, Manoharan D, Ladra U, Kopken H-G (2010) Chatter Suppression with an Active Workpiece Holder. Production Engineering 4(2–3):239–245.

13.Chung B, Smith S, Tlusty J (1997) Active Damping of Structural Modes in HighSpeed Machine Tools. Journal of Vibration & Control 3(3):279–295.

Лист