Идентификация параметров математической модели нелинейной динамической характеристики процесса резания металлов

• Автор: Буданков, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 95 с. : ил.

1 Анализ состояния проблемы
1.1 Обзор работ по проблеме вибраций при резании металлов
1.2 Постановка задачи и методики исследования
2 Информационная система для экспериментального исследования динамики процесса резания металлов
2.1 Методика экспериментального определения динамических характеристик резания металлов
2.2 Аппаратное обеспечение и алгоритмы функционирования системы
2.3 Информационное и программное обеспечение системы
2.4 Метрологическое обеспечение системы
3 Экспериментальные исследования и математическое моделирование динамических характеристик процесса резания металлов
3.1 Экспериментальные исследования динамических характеристик резания
3.2 Нелинейная математическая модель ДХР несвободного косоугольного резания
3.3 Идентификация параметров математической модели ДХР
4 Исследования условий устойчивости и самовозбуждения колебаний при резании металлов
4.1 Исследование устойчивости и автоколебаний в динамическом
процессе резания с использованием нелинейной математической модели ДХР
4.2 Построение математической модели точения длинного нежесткого вала
4.3 Построение характеристического квазиполинома
4.4 Исследование условий устойчивости процесса точения длинного вала по предельной глубине резания
Заключение
Литература

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме, связанной с повышением устойчивости процесса резания металлов и снижением уровня шумов и вибраций при обработке на металлорежущих станках.
Возникновение вибраций в процессе резания, при обработке на металлорежущих станках, приводит к снижению точности обработки, ухудшению качества обработанной поверхности детали, а также преждевременному износу и поломке режущего инструмента. Возникновение вибраций крайне нежелательно на конечных чистовых этапах обработки, когда резание происходит при малых глубинах, и нарушение безвибрационного движения детали и резца в зоне резания может приводить к браку в изделии. Проблема возникновения вибраций актуальна при металлообработке на станках с ЧПУ, так как, кроме снижения производительности и точности обработки, вибрации в зоне резания могут приводить к выходу из строя дорогостоящего оборудования станка.
Успех в решении данной комплексной научной проблемы в значительной степени предопределяется наличием адекватных математических моделей, способных описать взаимосвязь колебаний упругой системы станка и динамического процесса резания.
Согласно современному представлению, металлорежущий станок является замкнутой многоконтурной динамической системой с большим многообразием сил, сложным характером пространственных форм колебаний, определяемых упругими элементами конструкции, и наличием различных обратных связей.
Одними из основных составляющх элементов замкнутой динамической системы станка (ЗДСС) являются упругая система станка и динамический процесс резания.
Наличие широкого спектра механизмов самовозбуждения колебаний во взаимосвязи указанных элементов, множество причин возникновения автоколебаний различной физической природы в самом процессе резания, неопределенность роли динамических характеристик процесса резания в возбуждении автоколебаний в общем случае несвободного косоугольного резания, недостаточная изученность “жесткого” режима возбуждения автоколебаний при резании металлов, приводят к трудностям методологического характера в построении адекватных математических моделей ЗДСС, исследование которых позволяло бы уменьшить риск возникновения автоколебаний в процессе резания.
Существующие математические модели ЗДСС, как правило, не учитывают ни сложного характера пространственных форм колебаний, ни большого многообразия различных элементов конструкций, ни непрерывного распределения масс отдельных базовых узлов станка.
Отсутствие в существующих математических моделях динамики процесса резания специфики общего случая несвободного косоугольного резания и учета нелинейных явлений, вызванных внедрением вершины резца в упруго—пластическую среду детали, делает их пригодными для описания

лишь частных случаев свободного прямоугольного резания.
Отсутствие экспериментальной информации о таких определяющих динамический процесс резания факторах как динамика стружкообразования, контактные деформации, резание по следу, нелинейные явления, вызванные внедрением вершины резца в упруго—пластическую среду детали, затрудняет решение практических задач по улучшению качества и точности обработки на металлорежущих станках.
В виду сложности упруго—пластических процессов, протекающих в зоне резания, построение адекватных математических моделей динамических характеристик резания металлов сугубо теоретическим путем представляет определенные трудности и требует привлечения экспериментальных методов и средств исследования.
Таким образом, необходимо развитие этих методов и создание автоматизированных средств экспериментального исследования динамики процесса резания металлов с целью построения математических моделей динамических характеристик резания (ДХР) на основе экспериментально получаемой информации; необходимо создание алгоритмов идентификации параметров построенных моделей ДХР по экспериментальным данным.
Наконец, необходимо исследование устойчивости и автоколебаний в динамическом процессе резания с использованием новых математических моделей ДХР и выявление причин самовозбуждения колебаний при резании металлов.
В связи с изложенным, целями настоящей! работы являются:
1. Построение нелинейных математических моделей ДХР, учитывающих особенности несвободного косоугольного резания, и создание алгоритмов идентификации их параметров по экспериментальным данным.
2. Исследование устойчивости и автоколебаний в динамическом процессе резания металлов с использованием построенных моделей ДХР и выявление причин самовозбуждения колебаний резца и детали в случае несвободного косоугольного резания.
3. Проведение экспериментальных исследований и получение данных о динамике несвободного косоугольного резания; выявление особенностей, характерных для несвободного косоугольного резания, и идентификация параметров построенных моделей ДХР по полученным экспериментальным данным.
4. Создание средств экспериментального исследования динамики несвободного косоугольного резания, обеспечивающих автоматизированное получение экспериментальных динамических характеристик резания.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Во введении обоснована актуальность темы, определены цели исследования, приведены структура работы и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведен анализ состояния проблемы и обозначены мало изученные вопросы в области резания металлов, изложены постановка задачи, современные подходы к ее решению и наиболее прогрессивные методики исследования в данной предметной области.

а)160Нг 15т
Ь)180Нг 15і

<1)220Нг

Рис. 3.12: Динамические характеристики резания первого рода для резца №2: И —■ приращение Z — составляющей динамической силы резания, Ш — относительное смещение детали в направлении оси У
Рис. 3.13: Динамические характеристики резания первого рода для резца №5: И — приращение Z — составляющей динамической силы резания, Ш — относительное смещение детали в направлении оси У