Оптимизация высокопроизводительного фрезерования на основе мониторинга сил и вибраций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Алейников Дмитрий Павлович

• Алейников Дмитрий Павлович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Алейников Дмитрий Павлович

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1. Влияние высокопроизводительных технологических режимов обработки на динамику обрабатывающей системы..........................................................................12

1.1 Современное оборудование и технологические системы фрезерной обработки деталей......................................................................................................12

1.2 Методы и технологии оптимизации процессов механообработки.................18

1.3 Динамическое поведение обрабатывающих центров......................................25

1.3.1 Динамические возмущения обрабатывающего центра.............................25

1.3.2 Оценка динамических характеристик обрабатывающих центров............28

1.3.3 Влияние технического состояния режущего инструмента на динамическое поведение обрабатывающей системы ......................................... 31

1.3.4 Влияние динамических характеристик обрабатывающей системы на качество формируемой поверхности .................................................................... 34

1.4 Вибромониторинг обрабатывающих центров, как способ повышения надежности технологических систем и качества формируемой поверхности .... 37

1.4.1 Задачи формирования системы мониторинга.............................................37

1.4.2 Силовые и импульсные воздействия при фрезеровании...........................38

1.4.3 Вибрационный метод контроля состояния, мониторинг и диагностика 42

1.4.4 Технические средства систем диагностики и мониторинга по параметрам вибрации..................................................................................................................44

1.5 Выводы и постановка задач исследования........................................................50

2. Динамическое поведение обрабатывающей системы на технологических операциях фрезерования...............................................................................................52

2.1 Исследование влияния технологических режимов фрезерования на уровень вибрации шпиндельного узла обрабатывающего центра.....................................52

2.2 Исследование колебаний сил взаимодействия фрезы с заготовкой при повышении скорости вращения шпинделя.............................................................60

2.3 Пространственные колебания шпиндельного узла при фрезеровании..........69

2.4 Математическая модель силовых возмущений при фрезеровании................74

2.5 Выводы по главе 2................................................................................................84

3. Влияние параметров обработки на вибрационное состояние и шероховатость обработанных поверхностей........................................................................................85

3.1 Исследование амплитудно-частотных характеристик обрабатывающего центра DMC 635........................................................................................................ 85

3.1.1 Анализ амплитудно-частотных характеристик виброускорения как функции частоты вращения шпинделя ................................................................. 87

3.1.2 Анализ спектрального состава вибросигналов, полученных в резонансных режимах работы шпинделя ............................................................. 91

3.1.3 Исследование свободных колебаний шпинделя станка DMC 635...........93

3.1.4 Исследование амплитудно-частотных характеристик в координатах СКЗ виброскорости - частота вращения шпинделя ..................................................... 94

3.1.5 Технологические рекомендации по нерезонансным режимам обработки на обрабатывающем центре DMC 635..................................................................96

3.2 Методика проведения эксперимента по определению зависимости параметра шероховатости от компонент вибрации и режимов обработки............................97

3.2.1 Обработка и анализ результатов эксперимента........................................101

3.2.2 Исследование параметров шероховатости обработанной поверхности 105

3.2.3 Исследование вибрационных параметров при фрезеровании................108

3.2.4 Влияние режимов резания и вибрационного состояния на шероховатость обработанной поверхности..................................................................................111

3.3 Анализ вибрационных параметров концевых фрез при их износе...............113

3.4 Выводы по главе 3..............................................................................................123

4. Разработка системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров.........................................................................................................................124

4.1 Основные составляющие системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров.......................................................................................124

4.2.1 Используемые датчики................................................................................125

4.2.2 Микропроцессорный блок регистрации и анализа сигналов..................129

4.2.3 Программное обеспечение системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров....................................................................................132

4.3 Функциональные возможности системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров.......................................................................................144

4.3.1 Защита обрабатывающих центров от опасных динамических нагрузок 144

4.3.2 Мониторинг динамических характеристик и диагностика дефектов ОЦ .................................................................................................................................147

4.3.3 Идентификация кадров управляющих программ с повышенной динамической нагрузкой на обрабатывающий центр.......................................150

4.4 Анализ сигнала вибрации до и после срабатывания уровня защиты ОЦ .... 154

4.5 Выводы по главе 4..............................................................................................159

5. Оптимизация границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга....................................................161

5.1 Постановка задачи определения предельно допустимых значений вибрации ....................................................................................................................................162

5.2 Распределение средних значений случайных выборок данных мониторинга вибрации обрабатывающего центра.......................................................................164

5.3 Алгоритмы определения гибких границ предельно допустимых значений 172

5.3.1 Определение гибких границ по правилу «к сигм»...................................172

5.3.2 Определение гибких границ с учетом возможностей реагирования служб предприятия...........................................................................................................177

5.4 Выводы по главе 5..............................................................................................181

Заключение. Общие выводы......................................................................................182

Библиографический список........................................................................................184

Список сокращений и условных обозначений.........................................................195

ПРИЛОЖЕНИЕ А.......................................................................................................196

ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................................207

ПРИЛОЖЕНИЕ В.......................................................................................................208

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация высокопроизводительного фрезерования на основе мониторинга сил и вибраций»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время актуальными задачами являются повышение эффективности работы современного металлообрабатывающего оборудования, переход на высокопроизводительные технологии обработки, повышение качества выпускаемой продукции. Современное механообрабатывающее оборудование работает в условиях увеличивающихся скоростей и динамических нагрузок, приводящих к колебаниям в технологической системе, что негативно сказывается на техническом состоянии, надежности процесса резания и, следовательно, качестве обработанных деталей.

Одним из путей повышения эффективности механообработки является применение систем мониторинга динамических параметров. Измерение и анализ динамических параметров в процессе обработки деталей являлось до сих пор по техническим и экономическим причинам непростой задачей, решаемой для отдельных частных случаев применения. Существенный рост развития микропроцессорной техники и программного обеспечения в последние годы позволил обеспечить разработку систем мониторинга динамических параметров и адаптивного управления, направленных на оптимизацию технологических процессов высокопроизводительной обработки и модернизацию металлообрабатывающего оборудования.

Фрезерная обработка связана с циклическими нагрузками в обрабатывающей системе станка, которые увеличились за последние годы многократно. Увеличение угловой скорости вращения шпинделя обрабатывающих центров до 20 -30 тысяч оборотов в минуту, увеличение подачи на зуб и глубины фрезерования существенно увеличивает динамическую составляющую сил резания. Измерение и анализ вибрационных процессов в станке при обработке позволяет изучить динамические явления, возникающие в обрабатывающей системе, а непрерывный мониторинг силы резания и ее периодической составляющей (т.е. вибрации) позволит замкнуть обрабатывающую систему каналом обратной информационной связи с целью последующего управления режимами обработки, минимизирующими сопутствующие колебания и вибрации. Данные о динамических нагрузках позволяют корректировать режимы обработки на границе возникновения высоких вибраций и разрушающих сил, а также определять техническое состояние станка

в реальном времени, а значит, и реализовать эффективную стратегию обслуживания и ремонта станков с учетом фактического состояния. Решение данной задачи может быть просто и максимально эффективно реализовано с использованием методов вибрационного мониторинга и виброанализа.

Поэтому актуальными являются задачи исследования динамических характеристик современных обрабатывающих центров (ОЦ) в различных режимах работы, определения комплекса возмущающих воздействий, разработки адекватной математической модели преобразования координат датчиков в обобщенные координаты шпиндельного узла (ШУ) и разработки системы мониторинга динамических параметров ОЦ, позволяющей выполнять оптимизацию режимов обработки по критерию минимальной вибрации.

Объектом исследования являются технологические режимы, реализуемые на фрезерных обрабатывающих центрах и сопутствующие им вибрации. Предметом исследования является закономерность влияния параметров обработки на вибрационное состояние и качество обработки при выполнении технологических операций фрезерования.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности фрезерной обработки за счет использования систем мониторинга динамических характеристик.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования влияния режимов фрезерной обработки на динамические характеристики обрабатывающих центров.

2. Разработать математическую модель преобразования вибрации регистрируемой датчиками в точках их установки в пространственную вибрацию обрабатывающего центра и инструмента.

3.Разработать программу моделирования пространственных силовых вибрационных и спектральных характеристик в точке контакта фрезы с заготовкой при варьировании режимов фрезерной обработки и конструктивных параметров фрез.

4. Разработать эмпирические регрессионные модели позволяющие описывать влияние режимов обработки на вибрационное состояние и параметры шероховатости обработанных поверхностей.

5. Разработать и провести апробацию системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров.

6. Разработать методику определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга.

Потребность в решении перечисленных задач обусловлена запросами производства, что определяет актуальность представленной работы. Методы исследований. Использовался комплексный методический подход на базе научных трудов технологии машиностроения. Теоретические исследования в предметной области выполнялись с применением теории колебаний, спектрального и модального анализа, математической статистики и теории планирования экспериментов. Измерение и анализ динамических характеристик выполнялся в программном комплексе National Instruments Labview 2012 и Matlab 2011, статистические расчеты и планирование проводилось с помощью пакетов Statistica 6.0. Экспериментальные результаты получены на современном оборудовании, в частности регистрация виброданных выполнялась с использованием многоканальной системы измерения вибрации NI9234, комплекта вибропреобразователей АР85 и модульного лазерного виброметра Polytec, исследование шероховатости с помощью профилометра Taylor Hobson Form Talysurf i200, исследование колебаний сил фрезерования проводилось на динамометрическом столе Kistler 925B23. Научную новизну диссертации представляют следующие результаты, которые выносятся на защиту:

1. Математическая модель влияния режимов обработки на вибрационное состояние системы шпиндель-инструмент-заготовка и параметры шероховатости обработанных поверхностей (п.3, п.7 паспорта специальности. 05.02.08).

2.Программа моделирования пространственных силовых вибрационных и спектральных характеристик в точке контакта фрезы с заготовкой при варьировании режимов фрезерной обработки и конструктивных параметров фрез (п.3, п.7 паспорта специальности. 05.02.08).

3. Методика и алгоритмы преобразования сигналов датчиков вибрации в пространственные колебания шпинделя и инструмента в точках формирования профиля обрабатываемой поверхности (п.3 паспорта специальности 05.02.07).

4. Методика определения нестабильных областей резания на основе анализа резонансных зон технологических систем станка (п.5 паспорта специальности 05.02.08).

5. Разработанная система вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров, позволяющая управлять технологическими процессами по параметрам высокой вибрации и выявлять технологические операции с опасными динамическими характеристиками для обрабатывающей системы (п.5 паспорта специальности. 05.02.07).

6.Методика определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга (п. 5 паспорта специальности 05.02.07).

Практическое значение. Внедрены и прошли успешную апробацию на Иркутском авиационном заводе (ИАЗ) четыре системы вибро-ударозащиты обрабатывающих центров (СВУЗ ОЦ). Разработанная система позволяет на основе непрерывного мониторинга динамических характеристик механообрабатывающего оборудования организовать обратную связь и обеспечить необходимой информацией технологов и ремонтно-обслуживающий персонал. Полученная при мониторинге информация позволяет технологам отслеживать операции с нерациональными режимами резания, которые вызывают высокие динамические нагрузки и требуют оптимизации. Разработанная методика определения нестабильных областей позволяет назначать рациональные режимы обработки по критерию минимизации динамических нагрузок. Внедрение результатов данной работы позволит снизить потери от брака деталей, поломок оборудования и инструмента, увеличить надежность работы и ресурс обрабатывающих центров за счет предотвращения режимов работы станка с повышенными вибрациями, ударными нагрузками при развитии дефектов в шпинделях или приводах подачи станков. Реализация результатов подтверждена актом внедрения от 10.05.16 г. результатов работы при проведении НИОКР по договору №389/12 от 15.11.12 г. раздел: «Разработка системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров» (Приложение В). Результаты НИОКР, в частности программа «Мониторинг вибрации и силы для системы вибро-ударозащиты обрабатывающих центров», в

которой содержаться алгоритмы диагностики резонансных явлений, внедрены на Иркутском авиационном заводе, ПАО «Корпорация «Иркут». Исследования, представленные в настоящей диссертации, входят в состав работ, выполняемых по договору № 389/12 от 15.11.2012 на проведение научно -исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по созданию высокотехнологичного производства в рамках инновационного проекта «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно -производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» (тема «Разработка системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров»), выполняемого совместно с ПАО «Научно-производственная корпорация «Иркут» и реализуемого на основании постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства». Достоверность результатов работы подтверждена воспроизводимостью экспериментальных исследований, сопоставлением результатов аналитических исследований с данными, полученными при численном моделировании. Экспериментальные исследования получены с помощью современного высокоточного оборудования: модульная система многоканального измерения вибрации NI9234, лазерный виброметр Polytec, комплекс для калибровки вибропреобразователей Bruel and Kjer, профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийской 5-й научно-практической конференции Иркутского авиационного завода «Молодежь. Проекты. Идеи» в 2015 г. (г. Иркутск); 7-ой международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура сибирского региона» в 2016 (г. Иркутск 29-31 марта); всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» в 2016 г. ( г. Иркутск, 13-16 апреля); 6-ой Международной конференции «Математика, ее приложения и математическое образование МПМО-17» в 2017 г. ( г. Улан-Удэ, 26 июня-01 июля); 8-ой международной научно-практической кон-

ференции «Транспортная инфраструктура сибирского региона» в 2017 (г. Иркутск 28-30 марта);

Личный вклад. Все положения, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Публикации. Результаты научно-исследовательской работы изложены в 15 научных работах, из них 9 публикаций - в журналах, рекомендованных ВАК, получено свидетельство на государственную регистрацию программы для ЭВМ «Программа мониторинга вибрации и силы для системы вибро-ударозащиты обрабатывающих центров».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и 3 приложений. Общий объем работы - 208 страниц, включая 26 таблиц и 134 рисунков.

В первой главе обоснована актуальность проблемы влияния технологических режимов фрезерной обработки на сопутствующую значительную вибрацию обрабатывающей системы (станок - приспособление - инструмент - заготовка). Ряд технологических режимов высокопроизводительной фрезерной обработки с высоким объемом снимаемого с заготовки материала в единицу времени вызывает опасную вибрацию на шпинделе обрабатывающего центра (ОЦ). Проведенные автором экспериментальные исследования показывают, что виброускорение на шпинделе ОЦ при этом превышает предельно допустимое значение в 10 и более раз. Это приводит к снижению качества обработки и к ускоренному износу обрабатывающего центра и инструмента. С другой стороны для ряда технологических операций существует резерв повышения производительности фрезерной обработки из-за низкой силовой и динамической загруженности обрабатывающего центра.

Рассмотрено современное оборудование и технологии фрезерной обработки деталей. Дан краткий обзор методов повышения эффективности технологий фрезерования. Рассмотрены принципы анализа и методы оценки динамических характеристик станочных систем. Сформулированы предпосылки к формированию системы мониторинга силовых и динамических характеристик, возникающих при обработке, как канала обратной связи, повышающего эффективность технологий высокопроизводительного фрезерования. Рассмотрены методы вибрационного

контроля и представлен краткий обзор систем мониторинга и диагностики оборудования.

В заключение главы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований колебаний сил взаимодействия фрезы с заготовкой при увеличении скорости вращения шпинделя, показывающие наличие областей неустойчивого резания, связанного с динамическими характеристиками обрабатывающей системы. Приведены орбиты сил резания при фрезеровании на различных режимах обработки, отражающие неравномерность и неустойчивость процесса резания. Получена математическая модель колебаний шпиндельного узла, как твердого тела на упругих подвесах. Выведены уравнения позволяющие рассчитать скорость, ускорение и смещение точек твердого тела шпиндельного узла на упругом подвесе. Приведена схема расстановки вибропреобразователей на шпиндельном узле и получены уравнения пересчета координат датчиков в колебания по обобщенным координатам и обратного преобразования в колебания критических точек. Разработана программа динамического моделирования сил фрезерования при различных дефектах, которая позволяет исследовать динамику шпинделя станка и учет влияния форм и собственных частот колебаний последнего на режимы обработки и уровень вибрации системы «шпиндель - инструмент», влияющей на качество обработки, ресурс станка и стойкость инструмента.

В третьей главе, в целях определения амплитудно-частотных характеристик обрабатывающего центра DMC 635, проведена серия экспериментальных исследований по выявлению резонансных свойств шпиндельного узла в различных положениях. Проведен спектральный анализ вибросигналов в зоне характерных пиков на графике АЧХ. При спектральном анализе, получены составляющие на некоторых характерных подшипниковых частотах. Выявлено, что основной вклад в общий уровень вибрации вносят гармоники частоты перекатывания тел качения по внешней обойме и перекатывания тел качения по внутренней обойме. Существенное возрастание амплитуд гармоник подшипниковых частот является результатом совпадения с ними частоты возбуждения от вращающегося шпинделя. Выполнены экспериментальные исследования по определению зависимости параметра шероховатости от компонент вибрации шпиндельного узла и режимов обработки

при выполнении технологической операции фрезерования. Статистическая обработка результатов эксперимента, выполненная по плану «Бокса-Бенкена», позволила получить эмпирические формулы зависимостей шероховатости и параметров СКЗ виброускорения от установленных режимов резания.

В четвертой главе представлены результаты разработки и апробации системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров. Поведен сравнительный анализ характеристик существующих систем мониторинга динамических параметров, диагностики и адаптивного управления станочным оборудованием. Дано описание комплекса разработанных программ вибромониторинга и диагностики дефектов обрабатывающих центров. Рассмотрены основные функциональные возможности разработанной системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров, такие как: защита от опасных динамических нагрузок, мониторинг динамических характеристик и диагностика дефектов, идентификация кадров управляющих программ с повышенной динамической нагрузкой на обрабатывающий центр.

В пятой главе представлены результаты постобработки данных мониторинга системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров. Приведены результаты разработки алгоритмов определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы. Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование машиностроительных производств» института авиамашиностроения и транспорта Иркутского национального исследовательского технического университета.

1. Влияние высокопроизводительных технологических режимов обработки на динамику обрабатывающей системы

1.1 Современное оборудование и технологические системы фрезерной

обработки деталей

Современные обрабатывающие центры (ОЦ), обладая широкими технологическими возможностями и значительным потенциалом дальнейшего развития, являются в настоящее время наиболее высокопроизводительными и самыми востребованными типами многофункциональных станков. На таких станках снятие припуска осуществляется инструментом, сочетающим одновременное вращение с линейным перемещением инструмента или заготовки. При этом деталь закреплена на столе станка или в специальном приспособлении [90].

ОЦ поучили широкое распространение за счет возможности выполнения на одном станке нескольких видов операций обработки: растачивания, сверления, фрезерования, а также необходимых измерений. Выполнение различных операций на одном обрабатывающем центре существенно экономичнее, чем последовательная обработка на нескольких специализированных станках. Наряду с экономией времени ОЦ позволяет сократить инвестиционные расходы и издержки, связанные с кадровым обеспечением и производственной площадью [95].

Различают горизонтальные и вертикальные ОЦ. Наибольшее распространение получили ОЦ с вертикальным расположением шпинделя, это связяанно с удобством технического обслуживания и сокращением занимаемой площади. Базовая модель ОЦ (рисунок 1.1) имеет три координаты с расположением шпинделя вдоль оси 7, а 4 и 5 координатные центры в дополнение к стандартным координатам (Х/У/2) имеют дополнительные угловые (А/В/С).

Рисунок 1.1 - Базовая модель обрабатывающего центра: а)- с пятой осью A; б)- с пятой осью B

Ось А параллельна оси X, ось В параллельна оси Y и ось C параллельна оси Z. Как правило, ось В позволяет наклонять инструмент, а оси А и С обеспечивают вращение обрабатываемой заготовки. [90]. Наличие у ОЦ угловых координат позволяет использовать инструментальные системы с меншим вылетом, что повышает жескость системы и делает возможным обработоку на высоких скоростях, как показоно на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Уменьшение вылета инструмента за счет использования угловых координат

Многовариантность операций обработки влечет за собой использоваие различных видов инструментальных систем, в состав которых могут входить патроны различных типов, цанги, удлинитеи и т.д. Каждый элемент инструментаьной сиситемы имеет свою точность и жесткость. Кроме стандартных цанговых патронов ER-типа, также применяются термозажимные, гидравлические (HydroGrip) и гидромеханические (CoroGrip) патроны, оринтерированные на высокоскоростную и высокопроизводитеьную технологии обработку [90,30].

В последнее время существует стойкая тенденция внедрения в машиностроительное производство высокоскоростной (ВСО) и высокопроизводительной (ВПО) обработки [13,21,40,51]. В основе этих понятий лежит характерно одинаковый процесс резания. При нем действующие значения скоростей резания и подач в 5-10 раз выше, чем при обычной обработке (рисунок 1.3) [82,102,114].

Рисунок 1.3 - Взаимосвязь и ключевые моменты ВСО и ВПО обработки

Несмотря на высокую сложность геометрии авиационных деталей и различный характер возникающих при их обработке проблем, такие детали могут быть сгруппированы на основе общих признаков, типов обрабатываемых элементов и поверхностей, применяемых станков и способов решения возникающих проблем. Можно выделить несколько типов деталей из номенклатуры Иркутского авиационного завода (ИАЗ, ПАО корпорация "Иркут"), при обработке которых возникают различные сложности:

1)Силовые детали с ребрами жесткости с двух сторон, толщиной стенок от 5 мм и толщиной полотен от 3 мм (например, обод шпангоута представленный на рисунке 1.4). Основная сложность при обработке таких деталей - это предотвращение вибрации, возникающей из-за относительно большой высоты стенок детали. Для обработки требуются фрезы с большим вылетом. Обработка ведётся на сниженных режимах резания.

2) Длинномерные детали длиной до 30 м небольшого сечения (например, стрингер).

3) Тонкостенные детали, оснащенные ребрами жесткости с одной или двух сторон, с толщиной полотна от 1 мм (например, панель, представленная на рисунке 1.5). При обработке таких деталей часто возникают коробления и вибрации.

4) Детали, поверхности которых выходят за теоретический контур самолета (например,окантовка двери самолёта, рама фонаря кабины пилота). Такие детали имеют сложную форму,поверхности одинарной и двойной кривизны, закрытые карманы. При изготовлении применяется 5-ти осевые станки и специальные грибковые фрезы.

Рисунок 1.4 - Деталь «Обод Рисунок 1.5 - Деталь типа «Панель»

шпангоута»

При выборе способов повышения качества и производительности обработки деталей важным критерием является их экономическая эффективность, обеспечивающая снижение себестоимости готовых изделий, что особенно актуально в условиях низкой серийности изготовления [55].

Разнообразие инструментальных систем позволяет расширить технологические возможности ОЦ, но также приводит к необходимости учета динамических характеристик элементов инструментальной системы и самого станка [89].

Наиболее важным элементом ОЦ является шпиндель,именно он создает главное движение резания и обеспечивает снятие стружки инструментом. ОЦ преимущественно оснащаются электро-механичсекими приводами главного

движения. Электрическая часть (электропривод) состоит из электродвигателя постоянного или переменного тока и специальных преобразующих и управяющих устройств, а механическая часть - из отдельных передач (зубчатые, ременные и др.)[Ошибка! Источник ссылки не найден.75].

К современным шпинделям предьявляется большое количество технических требований. Так при обработке прочных и вязких материалов шпиндель должен иметь высокий крутящий момент на низкой частотае вращения, а при обработке мякгих матреиалов обеспечивать высокую частоту вращения с заданным крутящим моментом. Обеспечение высокой частоты вращения достигается путем использования в качестве опор шпинделя специальных керамических и металлокерамических подшипников с меньшим тепловыделенеим. Однако такой тип опор очень чувствителен к динамическим нагрузкам, под воздействием которых подшипники имеют ускоренный износ, что приводит к потере точности и преждевремнному выходу из строя дорогостоящего узла станка. Согласно статистическим данным фирмы Fischer (Швейцария) [68] зависимость ресурса подшипников шпиндея от вибрационной нагрузки имеет вид представленный на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Зависимость ресурса подшипников шпинделя от вибрационной нагрузки

На современном этапе развития машиностроительного оборудования, шпиндельные узлы позволили выполнять обработку на высоких угловых скоро-

стях вращения и скоростях резания. Развитие инструментальных материалов и покрытий обеспечило необходимую стойкость при высокой скорости резания. Новейшее балансировочное оборудование и инструментальные оправки позволяют выполнять балансировку инструментальных систем с высокой точностью и уменьшить остаточный дисбаланс. Современные CAM-системы позволяют рассчитывать сложные траектории с уменьшением циклических воздействий на инструмент, а системы ЧПУ обеспечивают необходимое быстродействие для обработки на угловых скоростях обработки.

С экономической точки зрения для современного металлообрабатывающего оборудования применение методов ВСО является необходимым фактором для получения максимальной экономической эффективности. ВСО и ВПО обладают широкими возможностями и преимуществами по сравнению с традиционными методами металлообработки, которые схематично изображены на рисунке 1.7.

Применение ВСО и ВПО имеет ряд преимуществ, по сравнению с традиционной обработкой:

- повышение производительности;

- улучшение качества обработки;

- снижение сил резания;

- возможность обработки тонкостенных деталей;

- уменьшение нагрева детали.

К вышеизложенному следует добавить, что при обработке на высоких скоростях, устойчивость процесса резания во многом определяется динамическим качеством шпиндельного узла. К характерным показателям динамических характеристик шпинделя относят частоту собственных колебаний, амплитудно-частотные характеристики и формы собственных колебаний. Виброустойчивость ОЦ определяется динамическими параметрами шпиндельного уз-ла[45,46,67,84,81,80].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алейников Дмитрий Павлович, 2018 год

Библиографический список

1. Алейников Д.П. Алгоритм определения гибких границ мониторинга вибрации

обрабатывающих центров / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов // В сборнике: Математика, ее приложения и математическое образование (МПМО17). Материалы VI Международной конференции. - 2017. - С. 33-37.

2. Алейников Д.П. Анализ вибрационных параметров концевых фрез при их износе / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов // Системы. Методы. Технологии. -2017. - № 4 (36). - С. 71-77.

3. Алейников Д.П. Исследование динамики крепления датчиков вибрации шпинделей обрабатывающих центров / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2015. - №2. - С. 28 - 35.

4. Алейников Д.П. Моделирование сил резания и определение вибродиагностических признаков дефектов концевых фрез / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов // Системы. Методы. Технологии. - 2017. - № 1 (33). - С. 39-47.

5. Алейников Д.П. Мониторинг динамического состояния обрабатывающих центров / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов // Сборник статей VII Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири», г.Иркутск. - 2016. - С. 197-200.

6. Алейников Д.П. Исследование и визуализация амплитудно-частотных характеристик обрабатывающих центров / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов, Д.А. Лукьянов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. -2017. - № 1 (53). - С. 58-66.

7. Алейников Д.П. Исследование вибрационных признаков износа цилиндрических фрез / Д.П. Алейников, А.В. Лукьянов, О.О. Трохимик // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. - 2017. - Т. 2. - С. 593-598.

8. Аршанский М.М. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках / М.М. Аршанский, В.П. Щербаков // М.: Машиностроение. - 1980. - 136 с.

9. Бабаков И.М. Теория колебаний / И.М. Бабаков // М.: Наука. 1968. 749 с.

10.Барков А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев // Л.: АО ВАСТ. - 1997. - 170 с.

11.Бармин Б.П. Вибрации и режимы резания / Б.П. Бармин // М.: Машиностроение. - 1979. - 72 с.

12. Бате К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вильсон; Пер. с англ. Алексеева А.С. и др. // Под ред. А.Ф. Смирнова М.: Стройиздат. - 1982. - 448 с.

13. Безъязычный В.Ф. Обзор условий проведения высокоскоростной обработки резанием / В.Ф. Безъязычный, Р.Н. Фоменко // Инженерный журнал. - 2006. -№ 6.

14.Болсуновский С.А., Вермель В.Д. Методика и техническое оснащение оценки вибрационных характеристик системы «станок - приспособление - инструмент

- деталь» в процессе скоростного фрезерования / С.А. Болсуновский, В.Д. Вермель // Научно-технический отчет ЦАГИ 2008 год: Сб. статей: Центральный Аэрогидродинамический Институт. Жуковский. - 2009. - 100 с.

15.Ведмидь П.А. Программирование обработки в NX CAM / П.А. Ведмидь, А.В. Сулинов // М.: ДМК Пресс. - 2014. - 304 с.

16.Вейц В.Л. Колебательные системы машинных агрегатов / В.Л. Вейц, А.Е. Ко-чура, А.И. Федотов // Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. - 1979. - 255 с.

17.Вибрации в технике. Справочник. В 6 т. Т. 1. Колебания линейных систем / Ред. совет: В.Н. Челомей; под ред. В.В. Болотина. - М.: Машиностроение.

- 1978. - 352 с.

18.Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, - 1981. - Т. 5. Измерения и испытания под ред. М.Д. Ген-кина. - 1981. - 496с.

19.Витенберг Ю.Р Оценка волнистости поверхности с помощью корреляционных функций / Ю.Р Витенберг // Вестник машиностроения. - 1971. - №8. - с.58-60.

20.Витенберг Ю.Р. Исследование с помощью корреляционных функций шероховатости поверхности после точения / Ю.Р Витенберг // Станки и инструмент. -1970. - №2. - с. 55-57.

21.Виттингтон К. Высокоскоростная механообработка / К. Виттингтон, В. Власов // САПР и графика. - 2002. - №11.

22.Гамини М. Исследование влияния неравномерности окружного шага зубьев на колебания системы СПИД / М. Гамини // Дис. . канд. техн. наук. М.: - 1983. -161с.

23.Ганиев Р.Ф. Колебания твердых тел / Р.Ф. Ганиев, В.О. Кононенко // М. Наука. - 1976. - 420 с.

24.Глудкин О.П. Всеобщее управление качеством / О.П. Глудкин, Н.М. Горбунов, А.И. Гуров, Ю.В. Зорин // М.: Радио и связь. - 1999. - 600 с.

25.Городецкий Ю.И. Динамика процесса резания металлов и устойчивость точения ступенчатых валов / Ю.И. Городецкий // Прогрессивные технологии в машиностроении: Сб.науч.тр. ЧГТУ. Челябинск. - 1997. - С. 68-69.

26.ГОСТ 10816-1-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на не вращающихся частях. Часть 1. Общие требования.

27.ГОСТ ИСО 10816-3-2002. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на не вращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт. М.: Стандартинформ, - 2007. -10 с.

28.Григорьев С.Н. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя керамического инструмента для повышения его работоспособности при обработке закаленных сталей / С.Н. Григорьев, М.А. Волосова, В.Г. Боровский // Станки и инструмент. - 2005. - №9. - С. 14 - 19.

29.Григорьев С.Н. Диагностика автоматизированного производства / С.Н. Григорьев, В.Д. Гурин, М.П. Козочкин // Под. ред. С.Н. Григорьева. М.: Машиностроение. - 2011. - 600 с.

30.Григорьев С.Н. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ / С.Н. Григорьев, М.В. Кохомский, А.Р. Маслов // Справочник под общ. ред. Маслова А.Р. М.: Машиностроение. - 2006. - 544 с.

31.Гуськов А.М. Численный анализ динамики цилиндрическогт фрезерования. Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин / А.М.

Гуськов, А.Г. Рыбин // Материалы научной конференции. Астрахань, - 2002. -С. 119 - 122.

32.Драчев О.И. Технология вибрационной обработки и вибрационного точения маложестких деталей / О.И. Драчев // Сер. Управление качеством технологических процессов в машиностроении, Ирбит. - 2015.

33. Дроздов Н. А. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке / Н. А. Дроздов // Станки и инструмент. - 1937. - № 22. - С. 21-25.

34.Жарков И. Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом / И. Г. Жарков // Машиностроение. - 1986. - 184 с.

35. Каталог: Новые инструменты от Sandvik Соготап1 - 2005.

36.Каширин А. И. Исследование вибраций при резании / А. И. Каширин // Изд-во: АН СССР. - 1944. - 262 с.

37.Кожевников Д.В. Резание материалов / Д.В. Кожевников, С.В. Кирсанов // М.: Машиностроение, - 2007. - 304 с.

38.Кокрен У. Методы выборочного исследования / У. Кокрен // Пер с англ. Со-нина И.М. под ред Волкова А.Г., Статистика. - 1976. - 440 с.

39.Кораблев П.А. Влияние жесткости технологической системы на износ режущего инструмента / П.А. Кораблев // Труды. МАТИ. - 1961. - № 52. - С. 45-51.

40.Краковский Ю.М. Математические и программные средства оценки технического состояния оборудования / Ю.М. Краковский // Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, - 2003. - 268 с.

41. Краковский Ю.М. Программный комплекс диагностики роторных машин / Ю.М. Краковский, А.В. Лукьянов, С.Н. Эльхутов // Контроль. Диагностика. -2001. - №6. - С.32-36.

42. Краковский Ю.М.. Программный комплекс гибкого мониторинга роторных машин по виброданным / Ю.М.Краковский, С.В. Симонов // Контроль. Диагностика. - 2002. - № 12. - с. 51-55.

43.Криворучко Д.В. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы / Д.В. Криворучко, В.А. Залога // моногр. Сумы: Университетская книга, - 2012. - 496 с.

44.Кудинов В. А. Крутильные изгибные колебания элементов передач и несущей системы при обработке дисковыми фрезами / В. А. Кудинов, Г. Я. Чумбуридзе, Е. В. Хлебалов // Кн.:Передачи и опоры. М.: МосСтанкин, - 1974. - 181-196 с.

45.Кудинов В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов // М.: Машиностроение. -1967. - 360 с.

46.Кудинов В.А., Чуприна В.М. Поузловой анализ динамических характеристик упругой системы станка / В.А. Кудинов, В.М. Чуприна // Станки и инструмент. - 1989. - №1 - С. 8-10.

47. Лозицкий Л.П. Оценка технического состояния авиационных ГТД / Л.П. Ло-зицкий, А.К. Янко, В.Ф. Лапшов // М.: Воздушный транспорт. - 1982.

48. Лонцих П.А. Динамическое моделирование сложных механических систем / П.А. Лонцих // Вестник ИрГТУ. - 2002. - №12. - С. 128-134.

49. Лонцих П.А. Обеспечение качества, анализ динамических параметров и диагностика технического состояния оборудования технологических систем / П.А. Лонцих // Вестник ИрГТУ. - 2003. - № 3-4. - С.30-35.

50. Лукьянов А.В. Методы и средства управления по состоянию технических систем переменной структуры / А.В. Лукьянов // диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Иркутск: ИрГУПС. - 2002. - 391 с.

51. Лукьянов А.В. Управление техническим состоянием роторных машин (система планово-диагностического ремонта) / А.В. Лукьянов // Иркутск, Издат. ИрГТУ. - 2000. - 230 с.

52. Лукьянов А.В. Исследование колебаний сил взаимодействия фрезы с заготовкой при повышении скорости вращения шпинделя / А.В. Лукьянов, Д.П. Алейников // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2017. - № 4 (56). - С. 70-82.

53.Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование пространственной вибрации обрабатывающего центра в режиме фрезерования / А.В. Лукьянов, Д.П. Алейников // Системы. Методы. Технологии. - 2014. - №1 (21). - С. 96-101.

54. Лукьянов А.В., Алейников Д.П., Портной А.Ю. Система защиты обрабатывающих центров от опасных динамических нагрузок на основе анализа парамет-

ров вибрации и силы / А.В. Лукьянов, Д.П. Алейников, А.Ю. Портной // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2017. - Т. 21. -№ 4 (123). - С. 30-38.

55.Маданов А.В. Анализ технологической подготовки производства авиационных деталей сложной геометрии на станках с числовым программным управлением / А.В. Маданов // Конференция «Системы управления авиастроительным предприятием». - 2014. - С. 1467-1472.

56. Малафеев Ю. М. Выбор режущего инструмента и прогнозирование его стойкости при обработке пермаллоя 50Н / Ю. М. Малафеев, Д.Н. Приходько // Вестник НТУУ «КПИ». Серия Машиностроение. - 2012. - № 64. - С. 15-18.

57.Мехта Н.К. Исследование стойкости твердосплавных торцовых фрез с учетом параметров спектра колебаний системы СПИД / Н.К. Мехта // Дис. канд. техн. наук. М., - 1979. - 207 с.

58.Михаиль Р.К. Исследование с помощью корреляционных функций влияние вибраций на шероховатость поверхности при растачивании / Р.К. Михаиль // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. УДН.-М. - 1970. -15 с.

59.Михайлюк Э.А., Солер Я.И. Фрезерование с вынужденными колебаниями низкой частоты / Э.А. Михайлюк, Я.И. Солер // Машиностроитель. - 1979. - № 12. - С.22-24.

60. Нагорный В.В. Контроль динамического состояния металлообрабатывающей технологической системы и прогнозирование ее ресурса / В.В. Нагорный // монография В.В.Нагорный, - 2016. - 242 с.

61.Неразрушающий контроль : Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. - 2-е изд., испр. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: В.И. Иванов, И.Э. Власов Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др Вибродиагностика. М.: Машиностроение. - 2006. - 829 с.

62. НИР и ОКР в области технологии изготовления деталей, технологической подготовки производства, срез диагностики и контроля процессов обработки в

условиях А.З.: Отчет по теме 0.49.46.Этап 6.1./ЭНИМС; Рук. А.Л. Вильсон. М.: ОНТИ. - 1989. - 76 с.

63.Новик Ф.С. Математические методы планирования эксперимента в металловедении. Раздел 1. Общие представления о планировании экспериментов. Планы первого порядка / Ф.С. Новик // М: МИСиС. - 1972. - 106 с.

64.Новик Ф.С. Математические методы планирования эксперимента в металловедении. Раздел 2. Исследование области экстремума. Планы второго порядка / Ф.С. Новик // М: МИСиС. - 1971. - 125 с.

65.Новик Ф.С. Математические методы планирования эксперимента в металловедении. Раздел 3. Выбор параметра оптимизации и факторов / Ф.С. Новик // М: МИСиС. - 1971. - 117 с.

66.Новик Ф.С. Математические методы планирования эксперимента в металловедении. Раздел 5. Планирование промышленных экспериментов. Симплекс-планирование / Ф.С. Новик // М: МИСиС. - 1971. - 117 с.

67.Орликов М.Л. Динамика станков / М.Л. Орликов // 2-е изд. Высшая шк. - 1989. - 272с.

68. Официальный сайт ООО "Фишер Шпиндель Технолоджи" [Электронный ресурс]. URL: http://fischerspindle.ru/ (дата обращения: 26.02.2018).

69. Оценка динамического качества станка по параметрам волнистости поверхности обработанных деталей в производственных условиях: Методические рекомендации / Составители А.Л. Вильсон, Р.В. Иорданян, В.А. Великовский; Под ред. Б.И. Черпакова. - М.: ЭНИМС. - 1987. - 32 с.

70.Петрухин, В.В. Основы вибродиагностики и средства измерения вибрации / В.В. Петрухин, С.В. Петрухин // М.: Инфра-Инженерия. - 2010. - 176 с.

71.Плотников А.Л. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ / А.Л. Плотников, А.О. Таубе // монография. Волгоград : РПК «Политехник», -ВолгГТУ. - 2003. - 184 с.

72.Подураев В. И. Активный контроль износа инструмента методом акустической эмиссии / В. И. Подураев, А. А. Барзов, А. В. Кибальченко // Вестник машиностроения. - 1985. - № 4. - С. 14-19.

73.Подураев В. Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих материалов / В. Н. Подураев // - М. : Высшая школа. - 1965. - 160 с.

74.Потапов В.А. Комплектующие элементы станков / В.А. Потапов // Машиностроитель. - 1998. - №9. - с.57-60.

75.Потапов В.А. Проблемы вибрации при высокоскоростном фрезеровании алюминия в авиакосмической промышленности и способы их решения / В.А. Потапов // Modern machine shop. - 2001. - №1. - С. 10-20.

76.Прилуцкий В.А. Технологические методы снижения волнистости поверхности / В.А. Прилуцкий // М. Машиностроение. - 1978. - 136 с.

77. С. Гейд, Х. Порядковый следящий анализ / Х. Гейд, Х. Херлуфсен, Н. Константин-Хансен, Дж. Висмер // Техническое обозрение фирмы Брюль и Къер. - №2. - 1995.

78.Саката Сиро. Практическое руководство по управлению качеством / Сиро Саката // пер. с яп. С.И. Мышкиной. М.: Машиностроение. - 1980. - 215 с.

79.Свинин В.М. Гашение автоколебаний при фрезеровании путем периодического изменения скорости резания / В.М. Свинин // Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф. Чита: ЧПИ. - 1991. - С. 15-16.

80. Свинин В.М. Самоорганизация вторичных автоколебаний при лезвийной обработке / В.М. Свинин // СТИН. - 2006. - № 1. - С. 7-13.

81. Свинин В.М. Гашение автоколебаний закрепленного в центрах нежесткого вала при точении многорезцовой головкой с переменным шагом зубьев / В.М. Свинин, А.Ю. Прохоров // Тольяттинский государственный университет (Тольятти). - 2016. - № 2. - С. 67-65.

82. Свинин В.М. Исследование механизма регенеративного возбуждения колебаний и возможностей их гашения при постоянной и переменной скорости резания / В.М. Свинин, С.В. Савоськина // Вестник ЧитГТУ: Вып. 29. Чита: ЧитГТУ. - 2003. - С. 16-23.

83. Свинин В.М. О гашении регенеративных автоколебаний в процессе торцового фрезерования при введении в конструкцию инструмента дополнительного ка-

сательного контура / В.М. Свинин, С.В. Савоськина // Вестник ЧитГТУ. Вып. 29. Чита: ЧитГТУ. - 2003. - С. 23-30.

84. Свинин В.М. Головка для вибрационного резания / В.М. Свинин, О.П. Спич-кин // Патент России № 2283730. 2006.

85. Семенов Е.Н. Исследование частотных характеристик робота Kuka kr210 г2700 extra / Е.Н. Семенов, А.С. Беломестных, А.В. Сидорова // Авиамашиностроение и транспорт Сибири. Сборник статей всероссийской молодежной научно-практической конференции. - 2016. - С. 252-257.

86. Симонов С.В. Математические и программные средства гибкого мониторинга оборудования по данным вибрации : диссертация кандидата технических наук: 05.13.01. - Иркутск, 2002. - 125 с.

87.Синопальников В.А. Надежность и диагностика технологических систем / В.А. Синопальников, С.Н. Григорьев // М.: Высшая школа. - 2005. - 343 с.

88. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов // М. Машиностроение. - 1981. - 184 с.

89.Справочник «Sandvik Coromant», Высокопроизводительная обработка металлов резанием. М.: Издательство «Полиграфия». 2003. 301 с.

90. Справочник-каталог по точению, фрезерования, сверлению «CoroKey» фирмы «Sandvik Coromant». - 2009. - 346 с.

91.Тимофеев С.А. Высокопроизводительное фрезерование авиационных деталей из алюминиевых сплавов по критерию заданной электропроводности / С.А. Тимофеев // Высокоэффективные технологии производства летательных аппаратов: сб. докл. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. - 2012. - С. 25-33.

92.Хэнсен Б. Контроль качества. Теория и применение / Б. Хэнсен // пер. с англ. А.А. Бернштейна и А.А. Галимова. М.: Прогресс. - 1968. - 520 с.

93.Черпаков Б.И. Развитие мирового станкостроения в начале XXI века / Б.И.

Черпаков // Инструмент, Технология, Оборудование. - 2011. - №1 - С.12-17. 94. Черпаков Б.И. Развитие мирового станкостроения в начале XXI века / Б.И. Черпаков // Инструмент, Технология, Оборудование. - 2011. - №2. - С.4-9.

95. Черпаков Б.И. Технологическое обеспечение машиностроительного производства: учебник для студ. учреждений сред. проф. Образования / Б.И. Черпаков, Л.И. Вереина // М.: Издательский центр «Академия», - 2010. - 416 с.

96.Шиндовский Э. Статистические методы управления качеством / Э. Шиндов-ский, О. Щюрц // Пер. с нем. М: Мир. - 1976. - 597 с.

97.Эльясберг М. Е. Автоколебания металлорежущих станков / М. Е. Эльясберг // М.: ОКБС. - 1993. - 180 с.

98.Ahmadi K., Savilov A. Modeling the mechanics and dynamics of arbitrary edge drills / K. Ahmadi, A.Savilov // International Journal of Machine Tools and Manufacture, - 2015. - Vol. 89. - Р. 208-220.

99.Altintas Y. A General Mechanics and Dynamics Model for Helical End Mills / Y. Altintas, P. Lee // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 1998. - P. 684-692.

100. Altintas Y. Manufacturing Automation / Y. Altintas // Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. Cambridge University Press. - 2012. -P. 366 .

101. Altintas, Y. Stability Prediction and Design of Variable Pitch Cutters / Y.Altintas, S. Engin, E. Budak // 1999. ASME J. Manuf. Sci. Eng. - P. 173-178.

102. Campatelli G. Prediction of milling cutting force coefficients for Aluminum 6082-T4 / G. Campatelli, A. Scippa // Conference on High Performance Cutting -2012. - P. 563 - 568.

103. Cempel C. Determination of vibration symptom limit value in diagnostics of machinery / C. Cempel // Maintenance management international. - № 5. - 1985. - P. 297-204.

104. Cempel C. Limit value in practice of vibration diagnostics of machines / C. Cempel // 9-th EFNMS Congress, Helsinki. - 1988. - P. 154-173.

105. Doolan P. Computer Design of a Vibration Free Face Milling Cutter / P. Doolan, M.S. Phadke, S.M. Wu // ASME J. Eng. Indus. - 1975. - vol. 97. - №. 3. - pp.925930.

106. Engin S. Mechanics and Dynamics of general milling cutters. Part 1: helical end mills / S. Engin, Y.Altintas // International Journal of Machine Tools and Manufacture - 2001. - P. 2195-2212.

107. Jayaram S. Stability and Vibration Analysis of Turning and Face-Milling processes / S. Jayaram // PhD thesis. University of Illinois at Urbana-Champaign. -1996.

108. Jayaram S. Analytical stability analysis of variable spindle speed machining / S. Jayaram, S.G. Kapoor, R.E. Devor // ASME J. Eng. Indus. - 2000. - vol. 122. - pp. 391-397.

109. Jensen S. A. Stability Analysis in Face Milling Operations. Part 1:Theory of stability lobe prediction / S.A. Jensen, Y.C. Shin // ASME J. Eng. Indus. - 1999. - vol. 121. - pp. 600-605.

110. Liang S. Y. Detection of Cutting Tool Wear Using Time Series Modeling of Acoustic Emission Signals / S. Y. Liang, D. A. Dornfeld //ASME J. Eng. Ind. -1989. - № 111. - P. 199-205.

111. Richard Y. Chiou Analysis of acoustic emission in chatter vibration with tool wear effect in turning / Y. Chiou Richard, Y. Liang Steven // International Journal of Machine Tools & Manufacture. - 2000. - № 40. - P. 114-118.

112. Sastry S. Chatter stability analysis of the variable speed face-milling process / S. Sastry, S.G. Kapoor, R.E. Devor // ASME J.130. Eng. Indus. - 2001. - vol. - 123. pp. 753-756.

113. Schulz H. High-speed machining. CIRP Annals / H. Schulz, T. Moriwaki // Manufacturing Technology. - 1992. - № 41(2). - P. 637 - 643.

114. Yucesan G. Prediction of Ball end Milling Force / G. Yucesan, Y. Altintas // Journal of Engineering For Industry. - 1996. - P. 95-104.

Список сокращений и условных обозначений

АЧХ Амплитудно-частотная характеристика

АЦП Аналого-цифровой преобразователь

БПФ Быстрое преобразование Фурье

ВК Вибрационный контроль

ВПО Высокопроизводительная обработка

ВСО Высокоскоростная обработка

ГС Генераьная совокупность

ДМШ Двигатель мотор-шпиндель

ИАЗ Иркутский авиационный завод - филиал ПАО корпорация «Иркут»

КЭМ Конечно-элементное моделирование

МБРАС Микропроцессорный блок регистрации и анализа сигналов

МКП Менеджмента качества продукции

ОЦ Обрабатывающий центр

ПКНВ Параметр контролируемого направления вибрации

СВУЗ Система вибро-ударозащиты обрабатывающих центров

СКЗ Среднеквадратическое значение

СОТС Смазочно-охлаждающие технологические средства

СПИЗ Система приспособление, инструмент, заготовка

УП Управляющая программа

УЧПУ Устройство числового программного управления

ШУ Шпиндельный узел

ПРИЛОЖЕНИЕ А

1. Амплитудно-частотные характеристики шпинделя станка БМС 635 в координатах «СКЗ виброускорения -скорость (частота) вращения шпинделя»

Рисунок 1.1 - Амплитудно-частотная характеристика шпинделя станка ЭМС 635 в положении 1 (утах;

Рисунок 1.2 - Амплитудно-частотная характеристика шпинделя станка БМС 635 в положении 2 (уП11П; -П11П)

Рисунок 1.3 - Амплитудно-частотная характеристика шпинделя станка ЭМС 635 в положении 3 (ут{п;^тах)

Рисунок 1.4 - Амплитудно-частотная характеристика шпинделя станка БМС 635 в положении 4 (Утах; ^тах)

2. Калибровка вибропреобразователей

Для обеспечения получения достоверных параметров значений вибрации была проведена калибровка вибропреобразователей на специализированном комплексе «Brule and Kier» (Рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Комплекс для калибровки вибропреобразователей

Основными компонентами комплекса являются: 1 - вибростенд, 2 - усилитель мощности, 3 - эталонный акселерометр, 4 - предусилитель со встроенными каналами по заряду и напряжению, 5 - электронный вольтметр, 6 - генератор сигналов, 7 - калибруемый вибропреобразователь. Калибровка вибропреобразователей производилась методом сравнения. Калибруемый и эталонный вибропреобразователи механически соединяются между собой, созданный таким образом комплект закрепляется на поверхности вибростола (рисунок 1.6), главная ось датчиков совпадает с направлением движения вибростола.

а) б)

Рисунок 1.6 - Калибровка вибропреобразователя АР2038Р-100 (а - калибровка по Ъ, б - калибровка по X координате вибропреобразователя)

Согласно методике проведения калибровки [26, 27], определялись следующие параметры датчиков:

- Действительное значение коэффициента преобразования;

- Амплитудная характеристика;

- Амплитудно-частотная характеристика.

1) Определение действительного значения коэффициента преобразования: Действительные значения коэффициентов преобразования датчиков на базовой

л

частоте 160 Гц и амплитуде ускорения 1 g (9,8 м/с ), представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Действительные значения коэффициентов преобразования датчиков

АР2038Р-1 00

Датчик № 4050 4051 4052

Ось дат- Канал Канал Канал Канал Канал Канал Канал Канал Канал

чика 1 (X) 2 (У) 3 (2) 1 (X) 2 (У) 3 (2) 1 (X) 2 (У) 3 (2)

Коэффи-

циент пре-

образова- 99,5 100,08 103,02 102,07 99,1 100,26 100,12 99,12 95,01

ния

(мВ^)

По результатам проведения калибровки построены графики относительной чувствительности датчика (Рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Отклонение от эталонной чувствительности датчика АР2038Р-100 2) Определение амплитудной характеристики:

На рисунке 1.8 представлена зависимость отклонения коэффициентов преобразования от среднего значения в диапазоне амплитуд от 0,2 до 5 g .

Рисунок 1.8 - Отклонение коэффициентов преобразования от среднего значения

3) Определение амплитудно-частотной характеристики:

На рисунке 1.9 представлена амплитудно-частотная характеристика вибропреобразователя, которая отображает отклонение значений коэффициента преобразования в каждой точке частотного диапазона от значения на базовой частоте.

Рисунок 1.9 - Амплитудно-частотная характеристика вибропреобразователя

3. Идентификация спектральных компонент вибрации шпинделя обрабатыващего центра DMC 635

Расчет подшипниковых частот:

Частота перекатывания тел качения по внешней обойме (BPFO):

Fн = (№к / 2) х Fоб (1 -( ёт.к / Dc) x cos а ); Частота перекатывания тел качения по внутренней обойме (BPFI):

Fв = (Nтк / 2) х Fоб (1 + (ёт.к. / Dc) x cos а ), где: №к - количество тел качения в одном ряду подшипника; Fоб - оборотная частота вращения ротора; Бт.к. - диаметр тела качения; Dc - диаметр сепаратора; а - угол контакта тела качения с обоймой.

Параметры и схема подшипников шпинделя оц DMC 635 (рисунок 1.10) представлены ниже:

Данные о шпиндельном узле Кол-во подшипников - 3; Марка подшипников: FAG XCB71916 ; Характеристики:

- диаметр внутреннего кольца d=80 мм,

- диаметр наружного кольца D=110 мм,

- диаметр сепаратора Dc =95 мм,

- диаметр тел качения d™.=9,52 мм,

- число тел качения №.к.=27,

- угол контакта а =25o.

Рисунок 1.10 - Схема расположения подшипников оц DMC635

Результаты спектрального преобразования для каждой области представлены ниже на рисунок 1.11 - рисунок 1.17.

Рисунок 1.11 - Спектр виброускорения в низкочастотной области №2 (Амплитуда составляющих на подшипниковых частотах 4000 и 8000 Гц незначительна: 2 -2,5 м/с2, оборотная частота 25 Гц)

Рисунок 1.12 - Спектр виброускорения в безрезонансной области №3 (Составляющие на подшипниковых частотах незначительны, оборотная частота 40 Гц)

Рисунок 1.13 - Спектр виброускорения на участке №4 (Основная вибрация на 3-ей и 4-ой гармонике частоты наружного кольца подшипников 5 - 5,7 м/с2, Оборотная частота 96,48 Гц)

Рисунок 1.14 - Спектр виброускорения на участке №5 (Основная вибрация на 3-ей гармонике частоты наружного кольца подшипников и ее боковых полосах, амплитуда 8 м/с2, оборотная частота 115 Гц)

Рисунок 1.15 - Спектр виброускорения на участке №6 (Основная вибрация на 3-ей гармонике частоты наружного кольца подшипников, амплитуда 7 м/с2, оборотная частота 128,5 Гц)

Рисунок 1.16 - Спектр виброускорения на участке №7 (Основная вибрация на боковой полосе 3-ей гармоники частоты наружного кольца подшипников, амплитуда 6,7 м/с2, оборотная частота 131,4 Гц)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Свидетельство на программу для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Акт внедрения результатов диссертационной работы