Повышение производительности двухшпиндельного фрезерования методом управления амплитудой колебаний инструментов

• Автор: Несмеянов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 261 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. АНАЛИЗ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ И ОД
1.1 Современное состояние вопроса в области многошпиндельной обработки
1.2 Процессы вибраций в одношпиндельных и многошпиндельных станках
1.3 Известные методы уменьшения амплитуды колебаний несущей системы одношпиндельных и многошпиндельных станков
1.3.1 Существующие демпфирующие системы для одношпиндельных станков
1.3.1.1 Пассивные демпфирующие системы
1.3.1.2 Активные демпфирующие системы
1.3.2 Отечественные и импортные демпфирующие системы для многошпиндельных станков
Выводы
Глава 2. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Экспериментальное оборудование
2.2 Созданное устройство для сдвига фазы врезания инструментов Шпинделя 2 относительно Шпинделя
2.3 Описание алгоритма работы программы микроконтроллера для устройства, обеспечивающего сдвиг фазы врезания инструментов Шпинделя 2 относительно Шпинделя
2.4 Разработанный пассивная демпфирующая система электрошпинделей
2.5 Методика проектирования и расчета ДГК
2.6 Усовершенствованная методика измерения динамических характеристик двухшпиндельного станка
2.6.1 Аппаратно-программное обеспечение для построения АФЧХ
2.6.2 Средства для измерения колебаний
2.6.3 Построение формы колебаний несущей системы
2.7 Методика определения границы устойчивости по установлению предельной стружки
2.8 Методика построения математической модели рабочего пространства двухшпиндельного фрезерного станка
2.8.1 Общая система уравнений и особенности ее решения
2.8.2 Программная реализация модели
2.8.3 Особенности проведения компьютерного эксперимента
2.8.4 Входные параметры и выходные характеристики математической модели
2.9 Методика разработки математической модели двухшпиндельного фрезерного станка для определения частотных характеристик.
2.9.1 Методика моделирования
2.9.2 Представление станка в виде отдельных тел
2.9.3 Взаимодействие между телами в модели
2.9.4 Оценка эффекта сдвига фаз в модели
2.10 Постановка задачи на теоретическое исследование
Выводы
Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ ПРИ
ДВУХШПИНДЕЛЬНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ
3.1 Механизм возникновения автоколебаний при двухшпиндельном фрезеровании
3.2 Механизм повышения виброустойчивости двухшпиндельного высокоскоростного фрезерования с позиции теории резания..
3.2.1 Взаимосвязь силы резания и толщины срезаемого
слоя при двухшпиндельном фрезеровании
3.2.2 Взаимосвязь контакта и выхода из контакта инструментов с

заготовками
3.2.3 Обоснование выбора количества режущих кромок на
инструменте
3.3 Математическая модель рабочего пространства двухшпиндельного фрезерного станка
3.3.1 Представление двухшпиндельного фрезерного станка в виде расчетной и математической модели
3.3.2 Расчет силы резания при двухшпиндельном фрезеровании

3.4 Влияние сдвига фаз врезания между инструментами на устойчивость связанных колебаний при установившемся режиме обработки
3.5 Влияние сдвига фаз между инструментами на вибрации при неустановившемся режиме обработки
3.6 Влияние режимов резания двухшпиндельного фрезерования на амплитуду колебаний инструментов
3.6.1 Глубина резания t
3.6.2 Подача на зуб Sz
3.6.3 Ширина фрезерования В
3.6.4 Скорость резания V
3.6.5 Общая аналитическая формула, связывающая параметры амплитуды колебаний инструментов, производительности и сдвига фаз
3.7 Влияние коэффициента демпфирования ползуна по оси Z на амплитуду колебаний инструментов
3.8 Использование динамического гасителя колебаний для
снижения амплитуды колебаний инструментов
3.8.1 Влияние динамического гасителя колебаний
3.8.2 Влияние коэффициента жесткости связи между
массой гасителя и электро-шпинделем
В настоящий момент во многих работах [7, 51, 54, 102, 103] доказана эффективность снижения вибраций изменением по синусоидальному закону скорости резания. Аппаратная реализация этого метода достаточно разнообразна, например, в работе [54] используется оправка переменного резания, позволяющая повысить ширину фрезерования на 50% и более в сравнении с обработкой с постоянной скоростью.
В похожей работе [7] работа устройства по модуляции скорости резания базируется на основе стойки ЧПУ РСМС и запрограммированного микроконтроллера, управляющего угловой скоростью привода главного движения. Разработанный способ управления обеспечивают снижение амплитуды колебаний в 15..20 раз по сравнению с постоянной скоростью резания.
Существуют также бесконтактные мобильные устройства, позволяющие демпфировать автоколебания при механической обработке, без изменения конструкции станка и стойки ЧПУ. Примером такого устройства может служить устройство для рекомендации предпочтительной скорости механообработки по пат. 118№6085121 [73]. Этот аппарат использует микрофонный датчик для измерения звука, издаваемый процессом резания. Звуковой сигнал фильтруется и обрабатывается для определения доминирующей частоты. Оператор указывает количество режущих зубьев инструмента и на дисплее выводятся наиболее предпочтительные скорости механообработки, при использовании которых автоколебания будут подавлены.
Следующая группа методов активного виброгашения основана на создании в узле, подверженном вибрациям, противофазного воздействия от источника силы (вибратора), т.е. для работы таких устройств требуется дополнительный внешний источник энергии. Принципиальная схема подобного устройства показана на рис. 1.10. Элемент станка, подверженный вибрациям, находится под действием периодической возмущающей силы РсО) и периодической силы Рв(0, создаваемой вибратором в соответствии с