автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса точения на основе учета динамических параметров подсистемы "заготовка-инструмент"

□и«э**-«« • -

На правах рукописи ///

Кошелева Алла Александровна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДСИСТЕМЫ «ЗАГОТОВКА-ИНСТРУМЕНТ»

Специальности 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доетора технических наук

- 1 0КТ 2009

Тула-2009

003478781

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ Васин Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ Гречишников Владимир Андреевич

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Заковоротный Вилор Лаврентьевич

доктор технических наук, профессор Иванов Валерий Васильевич

Ведущая организация: ФГУП «ГНПП Сплав», г.Тула

Защита диссертации состоится «_6_» ноября 2009 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, д. 92, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТулГУ.

Автореферат разослан « 21 » сентября_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Требования мирового потребительского рынка определяют перспективы развития машиностроения и металлообработки как базовой отрасли, создающей материально-техническую основу для перехода современной экономики на инновационный вектор развития.

В условиях автоматизации, создания новых материалов и технологий проблема повышения эффективности производства и обеспечения высокого качества продукции занимает особое место и привлекает внимание ученых и производственников. Возможность повышения производительности технологических процессов во многом определяется обеспечением их стабильности. Разработка высокоскоростного оборудования неизбежно приводит к увеличению интенсивности и расширению спектра вибраций. При резании металлов вибрации вызывают такие явления, как увеличение шероховатости и волнистости поверхности, шум, снижение стойкости инструмента, расстройка станка и приспособлений, увеличение динамических нагрузок в стыках.

Фундаментальные исследования в области динамики станков выполнены А.П. Соколовским, В.А. Кудиновым, A.B. Кудиновым, А.И. Кашириным, J. Tlusty, М.Э. Эльясбергом, В.Н. Подураевым, J1.C. Мурашкиным, C.JL Мурашкиным, A.C. Ямниковым, O.A. Ямниковой, С.А. Васиным, JI.A. Васиным, В.П. Кузнецовым, Н.Б. Дорохиным, М.Б. Флеком и другими российскими и зарубежными учеными.

Основные показатели динамического качества токарного станка: наибольшие допускаемые режимы устойчивого резания, определяющие производительность обработки, запас и степень устойчивости системы; силы резания и соответствующие им отклонения формообразующих перемещений звеньев системы от требуемых; интенсивность колебаний резца и детали при резании и на холостом ходу; динамическая жесткость; быстродействие; уровень шума.

Динамические процессы, происходящие в станке, оказывают решающее воздействие на точность и устойчивость обработки, определяя возможность применения рациональных режимов резания, условия обслуживания станка, уровень шума, общую культуру производства в целом.

В настоящее время важным представляется разработка теоретических основ повышения эффективности функционирования технологических систем с переменными параметрами, проектирование виброустойчивых систем, трансформирующихся при нестабильных условиях резания, при обработке сложных фасонных поверхностей, а также материалов со значительно меняющейся твердостью. При этом вопросы устойчивости заготовки как звена технологической системы токарного станка, расчета динамических параметров заготовки являются недостаточно изученными.

Целью работы является повышение эффективности процесса токарной обработки деталей общего машиностроения на основе разработки методик и алгоритмов проектирования виброустойчивых технологических операций с

учетом динамических параметров элементов технологической системы. Исследование динамики процесса резания, учет динамических параметров подсистемы «заготовка - инструмент» позволит прогнозировать точность обработки на этапе проектирования операций, осуществлять выбор рациональных режимов резания, значительно уменьшая уровень кибраций и повышая производительность токарной обработки.

Поставленная цель определяет решение следующих задач:

1. Оценка степени влияния различных факторов на устойчивость и эффективность процесса точения.

2. Разработка теоретических основ виброустойчивости динамической системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами.

3. Прогнозирование виброперемещений системы на этапе проектирования технологической операции на основе разработанных моделей, описывающих динамическое состояние технологической системы с переменными параметрами.

4. Идентификация динамических параметров элементов технологической системы.

5. Разработка комплекса моделей виброперемещений элементов технологической системы для схем обработки прерывистых поверхностей.

6. Обоснование модели проектирования процесса продольного точения с переменными режимами резания; теоретическое и экспериментальное исследование устойчивости технологической системы при переменных режимах обработки.

7. Разработка модели точения заготовок резцами с переменными динамическими характеристиками; разработка конструкций и определение области применения резцов с переменными параметрами

8. Экспериментальное исследование процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; условий возникновения и протекания вибраций при резании исследуемым резцом, определение зоны виброустойчивости.

9. Технико-экономическое обоснование применения разработанных технических решений: конструкций инструмента, схем точения.

Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретически и экспериментально. Теоретические исследования базировались на основных положениях теории резания металлов, динамики резания, проектирования режущих инструментов, теории управления, теории колебаний, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств, в том числе измерительной аппаратуры фирмы Briiel & Kjacr (Дания). Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ. Оценка процесса точения и стружкообразования производилась с использованием фотосъемки камерой SONY DSC-P92.

Автор защищает:

1. Комплексный подход к проектированию виброустойчивого процесса точения на основе учета динамических характеристик подсистемы «заготовка - инструмент», методологические основы повышения эффективности операции точения.

2. Новый подход к исследованию виброустойчивоста технологической системы, основанный на ее представлении как системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами; разработанную модель динамической системы, позволяющую оценивать ее устойчивость при нестабильных параметрах и режимах резания; расширять интервалы варьирования режимов резания для решения задачи повышения эффективности процесса точения.

3. Аналитическое описание динамического состояния технологической системы с переменными параметрами, в том числе математические модели виброперемещений системы «заготовка - инструмент» при различных схемах установки заготовки и разном характере изменения силы резания, позволяющие проводить визуализацию и анализ колебаний, исследовать динамическую устойчивость системы, прогнозировать интенсивность колебаний системы на этапе проектирования технологических операций.

4. Обобщенные модели идентификации динамических параметров заготовок при точении для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующиеся на установленных регрессионных зависимостях собственных частот, жесткости и демпфирующих характеристик заготовок от их геометрических параметров и схемы закрепления на станке.

5. Комплекс моделей виброперемещений элементов технологической системы станка для схем обработки прерывистых поверхностей, учитывающий влияние параметров системы и режимов резания на интенсивность колебаний.

6. Обоснование схемы продольного точения с режимами резания (подачей и скоростью резания), изменяющимися в зависимости от комплексного параметра, учитывающего жесткость заготовки, положение резца относительно мест закрепления заготовки и схемы ее закрепления; установленные графические и аналитические зависимости характера изменения режимов резания при продольном точении, обеспечивающие максимальную производительность обработки.

7. Модель обработки заготовок резцами с переменными динамическими параметрами; конструкции режущих инструментов, реализующие малое изменение динамических параметров державок при нестабильных режимах резания, обеспечивающие генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов и уменьшение вероятности возникновения резонанса в системе.

8. Результаты экспериментальных исследований работоспособности резцов с переменной жесткостью, экспериментальное подтверждение адек-

ватности разработанной модели процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; возможности создания широкополосной частотной зоны, обеспечивающей устойчивую работу предложенного инструмента при регенеративных колебаниях с отсутствием ярко выраженного резонансного пика.

9. Технико-экономическое обоснование эффективности применения разработанных технических решений.

Научная новизна заключается:

- в реализации комплексного подхода к совершенствованию проектирования виброустойчивого процесса точения заготовок для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующегося на результатах расчетов виброперемещений заготовки, выполненных с использованием динамических параметров подсистемы заготовки, превентивно установленных с учетом как геометрических размеров заготовки, так и схемы ее закрепления, и определения характера изменения величины подачи (скорости резания) в процессе обработки конкретной заготовки в соответствии с изменением ее прогиба в зависимости от положения резца относительно мест закрепления заготовки;

- в совершенствовании проектирования виброустойчивого процесса точения при случайно изменяющемся припуске и твердости материала заготовки на основе использования резцов с малыми изменениями параметров (жесткости или массы их консольной части) под действием случайно изменяющейся силы резания в процессе точения, вызывающими генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов (частот образования волн), обеспечивающей формирование направленного процесса предотвращения образования вибрационных волн с постоянной частотой, равной собственной частоте колебаний резца, а соответственно, и развития автоколебаний в технологической системе.

Практическая значимость работы заключается в разработанных:

- методике расчета динамических параметров заготовок для различных схем их установки, позволяющих рассчитывать значения критических режимов обработки, при которых колебания системы становятся неустойчивыми;

- алгоритмах, позволяющих путем моделирования рассчитать колебания заготовки и инструмента при точении прерывистых поверхностей;

-технологических приемах, позволяющих расширить области режимов резания, обеспечивающих повышение эффективности процесса точения и увеличение загрузки станка;

- на уровне технических решений (пат. 66706 РФ, пат. 66707 РФ, пат. 68389 РФ, пат. 70471 РФ, пат. 72427 РФ) конструкциях резцов, позволяющих повысить эффективность токарной обработки и обеспечивающих виброустойчивость технологической системы станка в более широких диапазонах режимов резания; в разработанных устройствах для токарной обработки (пат. 78713 РФ), обеспечивающих повышение производительности обработки;

/

- методологических рекомендациях по выбору и оценке эффективности конструкций резцов с переменными динамическими параметрами на этапе технологической подготовки производства;

- технологических рекомендациях по выбору режимов резания, конструкции инструмента, кинематических и динамических параметров процесса, позволяющих прогнозировать виброустойчивость системы на основании разработанных моделей и методик.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 18 конференциях, в том числе на Международной технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С.И. Лашнева (г. Тула, 2007 г.), на 7-й Международной научно-практической конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях» (Украина, п. Славское, 2007 г.), на 6-ой Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (г. Брянск, 2008 г.), на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» (г. Тула, 2008 г.), на 7-ой Международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника» (г. Тула, 2008 г.), Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство - технология - экология» (г. Киров, 2008).

Реализация результатов работы. Результаты данной работы внедрены в КБ приборостроения (г. Тула), ФГУП «ГНПП Сплав» (г.Тула), ОАО ТНИТИ (г. Тула), а также в учебный процесс в ТулГУ.

Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 56 научных работах, в том числе в 2 монографиях, 6 патентах, 10 статьях в сборниках научных трудов, 20 материалах научных конференций, 18 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 135 наименований и 7 приложений. Работа содержит 290 страниц машинописного текста, а также 222 рисунка и 51 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована конечная цель исследования и решаемые задачи, раскрывается научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору существующих подходов к повышению эффективности и устойчивости процесса точения.

\

Повышение эффективности процесса точения достигается выбором рациональных схем резания, повышением устойчивости точения, стойкости и производительности инструмента, уменьшением расхода материала, сокращением вспомогательного времени и т.д. Критерии оптимизации процесса резания: силовое резание; скоростное резание; резание с максимальной производительностью; критерий обрабатываемости; критерий оптимизации режимов резания по скорости резания - температура резания; энергетический критерий; удельная сила резания и т.д.

Методы повышен™ устойчивости процесса точения базируются на разработке активных и пассивных средств виброзащиты, введении дополнительной системы - динамического гасителя колебаний. Приведена классификация основных способов борьбы с вибрациями, включающих выбор оптимальных динамических параметров системы, повышение демпфирования и жесткости системы, назначение рациональных режимов резания, разработку прогрессивного виброустойчивого режущего инструмента и оснастки, а также адаптивных систем управления уровнем интенсивности автоколебаний и др.

При точении происходит динамическая перестройка всей системы. Особенно значительное изменение параметров, характеризующих процесс резания и динамические характеристики упруго-диссипативной системы станка, наблюдается при точении заготовок с меняющимся припуском и твердостью.

Изложенное обосновывает проблему исследования и учета динамических параметров заготовки и инструмента как слабых звеньев технологической системы, что позволит на этапе проектирования токарной операции прогнозировать виброустойчивость системы, эффективно использовать имеющееся оборудование, повысить качество и производительность обработки.

На основе анализа состояния вопроса сформулированы основные направления повышения эффективности процесса точения на основе учета динамических параметров заготовки и инструмента (рис. 1).

Повышенно эффект ннносш процесса точеяпп на основе проектирования операции точения с допустимы;.! уровнем вибраций

Подсистема заготовки

Учет динамических параметров

при разработке операции точошм

Успшовяешю режимов резания с учетом изменения жесткости заготовок в процессе точения в зависимости от расположения инструмента относительно мест ее закрепления

Подсистема инструмента

Повышение демпфирующей способности

Жесткость переменная

Обеспечение малых изменений параметров резца

Масса переменная

Рис. 1. Основные направления совершенствования проектирования виброустойчивого процесса точения

Во второй главе рассмотрены методологические основы проектирования устойчивого процесса точения, приведены основные положения, методы и математические модели для систем с постоянными и переменными параметрами (рис. 2).

Рис. 2. Основные виды динамических систем

Рассмотрены причины потери виброустойчивости системой, феноменологические проявления потери устойчивости. Приведены критерии виброустойчивости систем.

При исследовании динамическая система станка рассматривалась как распределенная среда открытого типа, в которой реализуется комплекс связей между обобщенными координатами. Основными звеньями эквивалентной упругой системы (ЭУС) станка при резании являются упругая система (УС) и рабочие процессы.

Система с п степенями свободы представляет собой совокупность масс, упругих элементов и демпферов, на которые воздействует система сил, представленная вектором {P(t)j, и отклики которых с учетом идентичных степеней свободы представлены вектором перемещений {z(t)}. Состояние равновесия сил описывают системой дифференциальных уравнений:

[M]{z(t)} + [H]{i(t)} + [C]{z(t)} = {P(t)}, (1)

где {z}, {¿}, {z}, {p} - и-векторы перемещения, скорости, ускорения и внешних сил соответственно, [М], [С], [Н] - матрицы масс, жесткости и коэффициента демпфирования.

Потеря устойчивости различными частотными формами системы и появление автоколебаний связано с сочетанием изменения характеристик УС и процесса резания.

Проведены динамические расчеты, оценка запаса и степени устойчивости системы, построены АФЧХ систем с постоянными и переменными параметрами. Рассчитан коэффициент динамичности, характеризующий увеличение амплитуды вынужденных колебаний по сравнению со статическим смещением.

В работе обоснована возможность обработки с переменными режимами резания. Колебания заготовки описываются уравнением:

з2г

= р(*> 0.

(2)

а«4 зг

где модуль упругости материала; р-плотность; F - площадь сечения; У-моментинерции; р{х,г)- интенсивностьнагрузки, у-коэффициент затухания.

На основе метода А.Н. Крылова - разложение в ряд по фундаментальным функциям Хп (х) - получено общее решение однородного уравнения:

г1(х,1) = Х((х)т, (3)

-"»о.-'

(4)

где юш- - собственные частоты колебаний стержня, соответствующие г -ому тону.

Полагая, что при точении «по следу» сила резания, приложенная в точке х = а, описывается гармонической функцией, по луч сны частные решения для различных схем установки заготовки. Например, для установки в центрах:

г2(х,Г) =

. от . тшх . .

3 00 вш-ЭШ--51П(С0/ + Е„)

I--1----'----------

2 Р1

Е/я4 п=\

\

(5)

со

<°0я

2 2 — ¡Л. (О

где е„ = 2л (д/тк; т„ - полный период одного колебания п -го тона.

Одна из реализаций моделирования колебаний системы представлена на рис. 3.

N

\у

■Б

1 _— -1-- 1 г »

I -------- | 1 '

1 и Л й

№

1Л7

Рис. 3. Изменение уровня колебаний заготовки при точении

Изменение уровня колебаний системы при продольном точении создает предпосылки для регулирования режимов резания и повышения производительности обработки.

В работе также представлена математическая модель виброперемещений заготовки при воздействии внешней силы произвольного характера.

7(0 = е~5'

¿0 + .

го СОБО»^ + —--БИШ^

СОЛ

<ад 0 т

При нулевых начальных условиях

,(0 = Г созМ< - Х)А • (6)

шдт ад о т

Первое слагаемое отражает статическую составляющую отклонения. Второе слагаемое - динамическую.

Показано, что время действия силы влияет на характер колебания системы. Так, если время действия силы мало по сравнению с периодом колебания системы, то виброперемещения системы определяются импульсом силы за время ее действия и не зависят от ее наибольшего значения и продолжительности действия.

Рассмотрены вопросы устойчивости динамической системы при переменных динамических параметрах ш(г), й(г), с(г). В этом случае движение системы описывается уравнением:

2

= (7)

¿Г Л

При исследовании системы использовался принцип суперпозиции, позволяющий изучать общие свойства системы, если известно ее поведение для одного или нескольких случаев, и ограничение в уровнях действующих сигналов, которое позволяет рассматривать сигналы с бесконечно большим уровнем или случайные процессы.

Уравнение, описывающее перемещение системы, имеет вид:

(8)

о

где ~ функция веса (импульсная переходная функция), £, - время по-

дачи на вход системы сигнала в виде дельта-функции.

Решение получено с помощью аппроксимации Бриллуина - Вентцеля -Крамера.

Функция веса имеет вид

, ОЛ

(9)

Используя представление силы с помощью интеграла Фурье, запишем:

1 00

г(С) = — ¡¡Уиаз,г)РиФ^^а>, (10)

2я-«>

где И^/со,/) — частотная передаточная функция системы с переменными параметрами, №Х/ю,<)= | Р(уа>) - комплексная относи-

-00

тельная амплитуда спектра силы.

Варианты виброперемещения гЦ) системы с переменными параметрами имеют вид, представленный на рис. 4. В работе обоснованы условия затухания колебаний системы с переменными параметрами (см. рис. 4, зоны I, П).

г(М„

а) б)

Рис. 4. Варианты виброперемещений системы при перем енных динамических характеристиках

На основе преобразования Лапласа и теоремы операционного исчисления о свертке функций получено также выражение для аналитического описания перемещения заготовки в виде:

( I

г (г) = ¡ф(( - и)Р(и)с1и - ¡Ф(С -ы)/(ы)</и, (11)

О О

2

где /(<) = т{г)+ + ?(ФМ •

Л2 Л

Данное уравнение рассматривалось как уравнение Вольтера 2-го рода. Получены расчетные формулы, позволяющие определить перемещения системы при изменении ее параметров во времени:

2(О = г0(О-г1«) + 22(1)-..., (12)

г0(() = 1Ф(1-и)Р(и)с1и, О

<

4+1 (0 = |- и)[т(и)г"к (и) + А (и)г'к (и) + с(и)гк(и)*/и.

Разработана также модель виброперемещений системы с переменными параметрами при воздействии силы P(t), изменяющейся по случайному характеру.

Перемещение системы также является случайной функцией:

z(/) = Wz(0+Z^v(0, (В)

V

где Vv - некоррелированные случайные величины с математическим ожиданием, равным нулю; zv(t) - заданные функции.

Связь между математическими ожиданиями на входе и выходе системы выражается

/

m2{t) = \w{t,u)mp(u)du. (14)

О

Полученные математические модели позволяют прогнозировать формообразующее движение подсистемы «заготовка-инструмент», а также учитывать параметры элементов технологической системы для расширения технологических возможностей оборудования.

В третьей главе рассмотрены вопросы идентификации динамических параметров заготовок при различных схемах их базирования.

Основные динамические параметры системы включают: спектр собственных частот, формы колебаний; показатели демпфирования; динамическую жесткость; амплитудно-фазовую частотную характеристику (АФЧХ), относительные колебания детали и инструмента на холостом ходу и при резании.

Приведены результаты экспериментальных исследований собственных частот колебаний заготовок типа тел вращения. При проведении исследовании была использована измерительная аппаратура фирмы Briiel & Kjasr (Дания), реализующая метод импульсного возбуждения.

Аналитическое исследование частот базировалось на положениях теории колебаний упругих систем. Заготовка рассматривалась как упругое тело с непрерывно распределенными массовыми и упругими характеристиками.

Дифференциальное уравнение собственных колебаний изгиба балки без учета влияния инерции поворота сечения и перерезывающих сил имеет вид:

д\ d2v

+ = (15)

дх dt

Частоты свободных незатухающих поперечных колебаний /Прасч '■

f ш.

Зпрас' 2nt2 ]] pF' (16)

где Е - модуль упругости первого рода, Н/м2; J - главный осевой момент инерции поперечного сечения, м4; р - плотность материала, кг/м3; F - площадь поперечного сечения, м2; а - коэффициент, определяется схемой установки заготовки (табл. 1).

Сравнение расчетных и экспериментальных значений частот демонстрирует большие отличия. Расхождения вызваны неучеггом влияния упругости заделки детали, жесткости шпинделя и патрона.

Таблица 1

Расчетные схемы установки заготовок

№ Расчетные схемы установки заготовок Уравнения частот

Жесткие опоры Упругие опоры

1 Консольная установка заготовки cha cos a + l = 0 a0=l,8751; a i=4,6941; ан=я(и + 0,5).

е| «1 Р X < с

...........:.................................1........ Í < " 1

. .. г..... _ „

2 Установка заготовки в патроне с поджимом задним центром tga - tha = 0 a0= 3,9266; a, =7,06,...

с| ч—Iя Т \Р Je

рЕЕЕ±ЕЬ.......... 1 th,-a>

и-f--.

3 Установка заготовки в центрах sina = 0. a0=it; a] = 271; <*/ = 0 + ...

' F«J-P -ч, Г Г

J,) ...........................1............................ á X Í {''г" 1 ^ í fp

--С-----«-I

Предлагается производить расчет собственной частоты заготовки /с через коэффициент уменьшения частоты К:

/с=/срасчК- (17)

Расчет К произведен на основе экспериментальных данных.

Для характеристики подсистемы заготовки введен параметр ^//.который и принимается за критерий снижения собственной частоты колебаний заготовки. Здесь I - вылет заготовки, I - величина, характеризующая геометрические размеры поперечного сечения заготовки: Ы^ЛР, J- момент инерции поперечного сечения заготовки, м4; Р - площадь поперечного сечения заготовки, м2.

Зависимости коэффициента уменьшения частоты К от параметра £2 /;' для различных схем закрепления заготовок на станке представлены на рис. 5.

Также проведены экспериментальные и аналитические исследования собственных частот колебаний полых заготовок и заготовок переменного сечения, в частности, ступенчатых валов.

к

Рис. 5. Зависимости коэффициента К от параметра ¿г Ц при установке заготовки: I - консольно, К\ = 0,37 + 0,18^2 //); 2- в патроне с поджимом задним центром, К2 =0,55+0,48 ¡ё(£7 / /); 3 - в центрах, £3=0,43 + 0,41^2//)

Погрешность 5 расчета собственной частоты /с по сравнению с экспериментальной /жс„ не превышает 10 %, что свидетельствует о достоверности разработанной модели.

Предложенный способ определения собственных частот заготовок является простым в реализации и наименее трудоемким. Разработанные графические модели позволяют рассчитывать собственную частоту колебаний заготовки и назначать режимы резания с учетом ее значения, уменьшая вероятность возникновения резонансных явлений при точении.

С целью анализа структуры и свойств системы проведено исследование передаточной характеристики IV. При этом определение расчетной схемы объекта решено на основании анализа динамического поведения системы при некотором внешнем воздействии на нее. Исследовалось воздействие кратковременной импульсной нагрузки на подсистему заготовки.

Время действия / * импульса возмущающей силы Р(0, а также соотношение его длительности с периодом Т собственных колебаний оказывают влияние на амплитуду виброперемещений системы.

В общем случае свободные колебания системы, возникающие под действием внешней силы Р(0, описываются выражением

y(t) = e~'"[y0 eos л/аГГ-'n2t +(0>0 + пу0)~я2í))/ V®7 -V +

+-TJ==)e^P(t)sk{j<ol-n2 {t~t*))it% (18)

V®o-n 0

где yg и у0 - начальное смещение и начальная скорость при í = 0; о>0- собственная частота системы; п-коэффициент затухания.

Получены уравнения, позволяющие рассчитать амплитуду и фазу виброускорения, время tu, соответствующее максимальному значению динамического перемещения системы; зависимости передаточной характеристики W системы от геометрических параметров заготовки, ее массы т и собственной частоты колебаний /0.

Адекватность принятой расчетной схемы подтверждена путем анализа динамического поведения системы «заготовка - шпиндельный узел» токарного станка в условиях эксперимента.

С целью исследования динамической жесткости системы проведено моделирование виброперемещений системы при точении прерывистых поверхностей. При этом рассматривалось воздействие на систему импульса прямоугольной формы, действующего в период времени 0...Í* и имеющего амплитуду Р. Перемещения системы описаны уравнениями: при 0<í <f*

y(t) = -(1 -е~'и[costal-n2t) + . " втф20 -и201). <l9) с д/соо2 -«2

при />/*

y(f) = Ae-""-'*>[cos(^o5-n2(t-í*))+4sm(^o¡ -n2(t-t*))/Jm02 -и2]- ^

-e~"'[cos(^ü>o -rt2f) + AISÍn(^COo -я2/)/^2-«2]).

Показано, что максимальное значение динамических перемещений, а также поведение системы в целом во многом определяются параметрами системы (жесткостью, собственной частотой колебаний, демпфированием) и характером нагрузки (формой импульса, максимальной амплитудой и времени действия силы). Частотные характеристики рассматриваемой системы представлены на рис. 6 и 7. Данные результаты могут быть использованы при исследовании точения прерывистых поверхностей, при прогнозировании динамических перемещений УС.

Проведена теоретическое и экспериментальное исследование жесткости подсистемы заготовки, проанализировано влияние различных факторов на жесткость элементов технологической системы.

Установлены зависимости, позволяющие определить фактическое значение динамической жесткости системы С. Графики зависимости жесткости с валов от отношения i Id при различных схемах установки заготовки представлены на рис. 8.

У/у он 2

1,5

1

0,5

О 5 10 1/Т

Рис. 6. Перемещение системы при 0<1 <1*

У'Уш 2,5

о а

0.4

(и/г

0,5

0,25

У

0,6 [,/ Т 0 0,1 0,2 0,.! 0,4 ¡'/Г

а) б)

Рис. 7. Характеристики системы при воздействии импульсной нагрузки: а - частотная характеристика; б - график безразмерной зависимости / Т от / * 1Т

Юи

1ДК8 Ш8 8Е7 №Л 4Е7 2Е7

С

г»* •

о\оЦ П А:

п ЕЙ • Лд,,,, ...........

7М «Е9 5га 41:9 31:9 2Е9 1Ы

с, Н/м

•

\

1 1

° <я> 0<ь 12_оо ..а , :

О

8 Ш

б)

О (1,5 1.0 1,5 2,0 2.5 5.0 3,5 (М

а)

Рис. 8. Обобщенные графики зависимости значения жесткости с валов от параметра И <1:а- при консольной установке заготовки; 6 - при установке в патроне с поджимом задним центром

Проведен анализ зависимости жесткости с исследуемой системы «заготовка - шпиндельный узел» от величины приложенного усилия Р.

Полученные результаты позволяют на этапе проектирования токарной операции прогнозировать фактическую жесткость подсистемы заготовки, учитывать ее значение при назначении режимов резания и прогнозировать динамические перемещения УС.

Исследование технологических систем, при эксплуатации которых возможны резонансные явления, предусматривает изучение влияния сил трения на характер протекания вибрационных процессов. Демпфирование является надежным средством повышения виброустойчивости процесса резания, так как приводит к уменьшению коэффициента резонансного усиления и амплитуды колебаний, временя затухания при нагружении.

При решении задач динамики технологической системы токарного станка учитывалась различная природа сил сопротивления: внутреннее трение в материале; конструкционное демпфирование в неподвижных и подвижных соединениях; азро- и гидродинамическое сопротивление среды; специально вводимое сопротивление от демпферов.

Было проведено исследование демпфирования в материале заготовки, а также конструкционного демпфирования в подсистеме «заготовка - шпиндельный узел», «шпиндельный узел - заготовка - задний центр». Анализ колебательных движений заготовки показал, что в первые периоды колебаний преобладают силы сухого трения, затем - вязкого. Силы сопротивления зависят от амплитуды и носят нелинейный характер.

Экспериментальные исследования выявили зависимости затухания колебаний заготовки от ее геометрических характеристик, вылета и от расстояния исследуемого участка до опор.

Получены графики зависимости логарифмического декремента 5 от I2 / / при различных схемах закрепления заготовки (рис. 9).

О 0.2 0,4 0.Й 0.» 1.0 ЛглА'м О 2 4 6 8 К) 12 14 (гЛ, н'/н

а) б)

Рис. 9. Зависимость логарифмического декремента 5 от параметра 1г И при установке заготовки: а - консольно в патроне; б - в патроне с поджимом задним центром

Проведенные экспериментальные исследования показали, что основной вклад в затухание вносит конструкционное демпфирование, возникающее в месте закрепления заготовки.

Моделирование колебаний заготовки на основе полученных динамических параметров подтвердило адекватность разработанной модели экспериментально полученным виброграммам.

В четвертой главе рассмотрены вопросы устойчивости подсистемы заготовки при переменных динамических параметрах и режимах резания.

Проведено исследование напряженно-деформированного состояния заготовки методом конечны х элементов (МКЭ). При моделировании в качестве глобальной системы координат принята система, связанная с технологической системой станка. Расчет деформаций и напряжений производился на основе данных о силах резания и силовом взаимодействии звеньев технологической системы.

Вектор перемещении для трехмерной задачи имеет вид:

{8} = {8„8}„87}, (21)

где 8Х,8Г, Бг - проекции вектора перемещений на координатные оси х,у,г.

На основе МКЭ рассмотрена система линейных алгебраических уравнений:

[С]{8} = {Р}, (22)

где [С] - матрица жесткости конечного элемента, {8} - вектор узловых перемещений, {Р} - вектор узловой внешней нагрузки.

Оценка прочности производилась по критерию Мизеса.

Получены графики, показывающие характер увеличения деформаций и напряжений в материале заготовки при изменении ее вылета и точки приложения силы (рис. 10).

Рис. 10. Зависимости: а - максимальных деформаций заготовки от расстояния £1 до точки приложения силы;

о

б - максимальных напряжений атах от параметра I / (

Покачано, что существенное изменение деформаций заготовки в процессе точения по мере приближения резца к патрону создает предпосылки для увеличения режимов резания, что способствует уменьшению основного времени обработки и повышению производительности операции в целом.

Предлагается способ продольного точения с переменными режимами резания, позволяющий осуществлять высокоэффективную токарную обработку на станках с ЧПУ, при этом скорость резания и'или подача в процессе продольного точения меняются по зависимостям, учитывающим фактическую жесткость системы при изменении положения резца относительно мест закрепления заготовки.

Показано, что при продольном точении деформация у = у(х) зависит от положения точки приложения нагрузки относительно опор обрабатываемой заготовки. Так как технологическая жесткость С определяется как отношение составляющей усилия резания Р , направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению у заготовки в том же направлении, то и жесткость С(х) подсистемы заготовки является функцией аргумента х и меняет величину в процессе точения. По мере приближения резца к месту закрепления заготовки жесткость увеличивается, следовательно, обработку можно осуществлять на увеличенной подаче 5 и/или скорости резания у.

На основе расчета технологической жесткости получены выражения

для определения предельного значения скорости уп/, и подачи для осуществления устойчивого точения. При этом из ряда подач выбирают максимальную подачу, удовлетворяющую ограничению по шероховатости обработанной поверхности заготовки.

При черновом точении возможно одновременное изменение как подачи 5, так и скорости резания у.

Данный способ легко реализуется на станка;': с ЧПУ, имеющих бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя и скорости движения подачи.

Предлагается устройство для токарной обра!5отки с переменной частотой вращения шпинделя (рис. 11, а), которое содержит датчик 2, преобразователь сигнала 3, датчик силы б, установленный на резце 5, блок расчета жесткости системы 4, блок расчета скорости резания 7, блок управления частотой вращения шпинделя 8, исполнительный механизм 5).

Данное устройство позволяет повысить производительность точения путем изменения частоты вращения шпинделя в соответствии с фактической жесткостью системы без потери системой устойчивости.

Наряду с вышеизложенным предлагается устройство для токарной обработки с регулируемой величиной подачи инструмента (рис. 11, б), которое состоит из резца 2, на котором установлен датчик положения 3 резца, преобразователя сигнала 4, блока расчета величины подачи 5 резца, блока усиления сигнала 6, исполнительного механизма 7.

а) б)

Рис. 11. Схемы устройств для токарной обработки с регулируемыми: а - частотой вращения шпинделя; б - величиной подачи

Показана целесообразность варьирования скорости п/или подачи при изменении положения резца относительно мест зажима заготовки по зависимостям:

* = (23)

где 5шабл и Ушайл - рекомендуемые нормативные режимы резания; и ку -коэффициенты, учитывающие изменение жесткости подсистемы «заготовка -инструмент».

На рис. 12 представлены полученные графические и аналитические зависимости величин подач 5 и коэффициента увеличения подач к$ от положения инструмента относительно опор при консольной установке заготовки.

.V, мм/об г

0,6 0.5 0,4 0.3 0,2 0,1

\

\ \

N Ч-

г V _____

_____ ____ ____

ГТ".".?:'.' Л,—;•

4 6 8 И) 12 <1x4, мм

ь

"■ч

10

X 8

6

4

2

6 X 19 12 Ш,Ш

а) б)

Рис. 12. Зависимости: ¿г - величины подачи 5 от параметра ¿х11; б - коэффициента увеличения подачи от параметра <1x11 при консольной установке заготовки в патроне станка: к5 - 4,61 - 3,43 \gidx! I)

Аналогичные расчеты выполнены для различных схем установки заготовки (рис. 13).

о 2 4 b ¡c 10 12 dxA, мм О 2 4 б 8 10 12 dxA, мм

а) б)

Рис. 13. Обобщенная зависимость коэффициента увеличения подачи ks от параметра dx/i при установке заготовки: а- в центрах, ks = 3,83 — 3,79 lg(í¿c//); б - в патроне станка с использованием люнета: ks = 4,46 - 3,62 lg(t¿c//)

При назначении скорости резания v следует шоке провести расчеты на соответствие критерию обеспечения минимальной себестоимость обработки.

Разработанный способ продольного точения позволяет сократить основное время обработки в 1,4...2,4 раза без снижения виброустойчивости технологической системы токарного станка и ухудшения качества обработанной поверхности.

В работе рассмотрены также вопросы прогнозирования уровня вибраций заготовки при переменной величине силы резания, в том числе при прерывистом резании.

Определение амплитуды колебаний при периодической возмущающей силе проводилось с применением способа Дуффинга:

-е"(Г"][/гашp(t + Т) + peasp(t +Т)]~e ' v °[яsinp(t-—)+

v

0„г 1 _ • {e<f~,^> [»siripi + -"-)+pcospfr+-p l-2e cospT+e v v

+ pcos p(t - —)] + e~"' («sin pt + pcos pt)} + (24)

p-é~"' (n sin pt + pcos pt)} при 0 <t<.belv,

' "(--O b Ь

e v. [mmp(t—-) + pcosp(t—-)]-e_"'(«sinpM- p eos pt)} при6вЛ</<Г, v v

где Zcm - перемещение консольной части заготовки, соответствующее прогибу в условиях статического действия амплитудного значения вынужденной

7 - Р

силы, ¿cm с - фактическая жесткость (коэффициент жесткости) заготовки в направлении действия силы резания Рг(t);t-текущее время; v-ско-

рость вращения детали; Т„р ~{Ьп + Ьв)/у - период колебания силы резания при прерывистом резании; Ьп - ширина паза; Ьв - ширина выступа.

Рассмотрена возможность уменьшения вибраций технологической системы станка при прерывистом резании. Получены выражения, позволяющие рассчитывать скорость резания, обеспечивающую минимальный уровень вибраций.

Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными подтвердило адекватность предложенной модели.

В пятой главе рассмотрены вопросы виброустойчивости технологической системы с переменными динамическими характеристиками на основе использования резцов с малыми изменениями параметров.

Динамическая податливость системы с и степенями свободы представляется в виде суммы податливостей и подсистем с одной степенью свободы, имеющих собственные частоты. Частотная форма записи имеет вид:

УвлО®) = I —5-87В\8А" 2 -<'-2Р,со^со) (25)

У=1 (<осг,—со ) +40„<оС),й>

где сосу - собственные частоты системы; - нормированные коэффициенты у-ой формы колебаний в точках измерения перемещения А и приложения силы В; РУ - безразмерный коэффициент нелинейного демпфирования на V-й форме колебаний.

При точении обычно возникают вибрации, связанные с работой инструмента «по следу», частота которых близка к частоте колебаний наиболее слабого звена. На частотах и = соСу податливость возрастает по модулю. Система входит в резонанс, при котором наблюдается ухудшение качества обработки, износ, а порой и разрушение инструмента.

Изложенное обосновывает возможность устранения резонансных явлений при малых колебаниях объекта на основе изменения его собственной частоты / и увеличению диссипации р механической энергии. Указанные условия реализуются в конструкциях резцов с переменными динамическими параметрами (табл. 2).

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования динамики процесса точения резцами с переменной жесткостью.

Жесткость технологической системы с и связанная с нею частота / собственных колебаний изменяются по случайному закону.

7 = *Д, Гц, (26)

\ш

где к - коэффициент; с - жесткость, НУм; т - колеблющаяся масса, кг.

В результате на поверхности резания возникают вибрационные волны разной длины, что приводит к образованию непериодических вибраций и ликвидации условий для возникновения наиболее опасных регенеративных автоколебаний при токарной обработке заготовок.

Таблица 2

Основные направления устранения резонансных явлений

В работе представлена математическая модель динамики точения резцами с переменной жесткостью.

' В соответствии с методикой динамического расчета станков проанализирована динамическая характеристика резания при изменяющейся во времени входной координате, позволяющая определить влияние режимов резания, геометрии инструмента, обрабатываемого материала на динамические процессы, происходящие при обработке металла. Получены частотные характеристики УС и процесса резания, проведен расчет виброустойчивости динамической системы при изменении ее параметров по случайному закону.

Для описания состояния системы использовалось дифференциальное уравнение:

... М + НТр.. Н + СТр . С + Кр . ,„.

г+--—г +-+--г = 0. (27)

МТр Шр МТр

Выражение для границы виброустойчивости имеет вид:

^ НМ + Н*ТРй Е^у + А;Г(Со а (28)

МГро у М с М Тр0 7

Данная зависимость позволяет осуществлять выбор параметров оборудования и режимов резания, обеспечивающих устойчивую работу технологической системы.

Представлены результаты экспериментального исследования виброперемещений резцов с переменной жесткостью при точении, которые демонстрируют изменение характера затухания колебаний и уменьшение максимальной амплитуды колебаний исследуемого резца по сравнению с базовой конструкцией державки (рис. 14).

Рис. 14. Запись колебаний резцов: а-с переменной жесткостью; б - базовой конструкции

С целью исследование частотной структуры процесса, наличия гармонических составляющих и случайных шумов был проведен спектральный анализ процесса протекания вибраций (рис. 15).

а) 6)

Рис. 15. Спектральный анализ колебаний резцов: а - с переменной жесткостью; б - базовой конструкции

Анализ графиков спектральной плотности виброграмм для сравниваемых резцов показал изменение мощности спектра и расширение полосы частот виброперемещений резца с переменной жесткостью по сравнению с резцом стандартной конструкции.

Учитывая положительные результаты исследования резцов с переменной жесткостью, были запатентованы новые конструкции резцов с переменными динамическими параметрами: жесткостными и инерционными характеристиками (см. табл. 2).

Определена область применения и особенности эксплуатации резцов с переменными параметрами.

В шестой главе проведен функционально-стоимостной анализ (рис. 16) процесса точения, а также технико-экономическое обоснование возможности повышения производительности точения на основе учета факторов, присущих подсистеме «заготовка - инструмент»; представлены модель и уравнение комплексной оценки затрат на повышение производительности точения; алгоритм проектирования высокоэффективных процессов точения.

Основные функции

Обеспечить комфортные условия работы Г,

Обеспечить безопасность работы

Уменьшить уровень вибрации

Г,2

Уменьшить воздействие вибраций на рабочего

Уменьшить воздействие вибраций на станок

| Уменьшить уровень шума

1

I

Уменьшить износ элементов станочной системы

Рис. 16.

Функциональная модель процесса точения

Технико-экономический анализ (ТЭА) базировался на расчетах единовременных, текущих и приведенных затрат в сфере производства и эксплуатации новых изделий и новых технических решений. ТЭА выявил взаимосвязи технических и экономических параметров и их показателей, резервы повышения эффективности производства путем формирования и выбора рациональных вариантов технических решений.

Выбор варианта технического решения проводился по минимуму годовых приведенных затрат 2 в сфере производства и эксплуатации.

Оценка эффективности проекта производилась с учетом дисконтирования указанных показателей, т.е. приведения их к стоимости на момент сравнения.

Экономическое обоснование выбора варианта технологического процесса базировалось на сравнительном анализе себестоимости технологических процессов токарной обработки заготовки с постоянной (техпроцесс А) и переменной (техпроцесс Б) величинами подач. Получены диаграммы, визуализирующие уменьшение затрат на изготовление деталей при серийном производстве по сравниваемым технологическим процессам А и Б (3о{Б) = 0,895 , Аоборудщ = 0,897Ао6оруд^А)).

Проведенные сравнительные экономические расчеты показали целесообразность использования в производстве предложенных технических решений. Анализ характера изменения затрат показал, что наиболее эффективно использование точения с переменными режимами резания при обработке больших партий деталей (серийное и массовое производство), а также при значительной величине основного времени обработки.

Проведена оценка эффективности затрат на создание и освоение новых вариантов конструкции инструмента. Обоснован рациональный режим эксплуатации новых конструкций резцов.

Разработан алгоритм проектирования токарной операции, включающий этапы выбора конструкции инструмента и назначения режимов резания (рис. 17) с учетом схемы закрепления заготовки, динамических параметров подсистемы заготовки, характера изменения силы резания, а также изменение величины подачи (скорости) по определенным закономерностям.

Предлагается на этапе проектирования операции осуществлять прогнозирование виброустойчивости процесса точения и решать вопрос регулирования динамических параметров системы на основе технико-экономических показателей.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ТОЧШИЯ

Конструкция ПГ010ВКИ (размеры я форма)

Материал заготовки:

сталь углеродист* н коиструкииошюя, легированная<т»..'н»....

Жесткость

IИГО!ОН К П

н

Схема установки

Дйначцчккмг характеристики

дне

Станок: пмсота цсигрой,...

1 на реши

1Ю шиОу иорибашки:

проходные. тиреднис. Упорные. прорешим, ...

по пмомссшлю лтшиаги р^мущего .теня: правые, лслис

м способу тгатаменоя: цельные, с мехлшпоемт креплением пллепшок. ..

по характер обработки: ООДИрОЧНЫ".*. Ч11СЧОВЫС. ..

«Л КО«СНфуКЦН» головки дс|гд>аекн: прямые, отогнутые.

по сечепию держал к:/: прямоугольные, круглые

Нппачеш« глуби мы (№МНЙЯ 1

II а »»ангине )

МЛОЧНКМ I:

и сдачи В >

r~r.tr_________

Онрыелсня« скорости рмання \\

„г" и

Этап ^ Цщгйчш« режимов реэаопя

Стандартная коиструклип г Реки Ргжлмм Переменная а«ли*шна подач» 5

С игрсмснш>шн дмаямячсскнми резан ни Пер* меня ая вмячина скорости

характеристиками рмання 1'

Прогноз иров? иие вабрауста£чив<кш обработки

г:::;:::::»;;:::::

Качество обработки

>(аи 3, Оиеш-а^фситииояи ' опгрзшш

Рис. 17. Алгоритм проектирования виброустойчивого процесса точения на основе учета динамических параметров заготовки и инструмента

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В результате проведенных аналитических и экспериментальных исследований осуществлено решение важной научно-технической проблемы повышения эффективности процесса точения на основе комплексного подхода к проектированию процесса токарной обработки с учетом динамических параметров подсистемы «заготовка - инструмент».

2. Разработаны теоретические основы виброустойчивости динамической системы с переменными параметрами. Представлена математическая модель динамической системы, позволяющая оценивать устойчивость системы при нестабильных параметрах и режимах резания; расширять интервалы варьирования режимов резания для решения задачи повышения эффективности процесса точения.

3. Выполнено аналитическое описание динамического состояния технологической системы с переменными параметрами. Разработаны математические модели виброперемещений системы «заготовка - инструмент» при различных схемах установки заготовки и разном характере изменения силы резания, позволяющие проводить визуализацию и анализ колебаний, исследовать динамическую устойчивость системы, прогнозировать интенсивность колебаний системы на этапе проектирования технологических операций.

4. Осуществлена идентификация динамических параметров элементов технологической системы станка. Получены графические и аналитические зависимости, позволяющие рассчитать фактические величины собственных частот колебаний, жесткости и демпфирования заготовок с учетом жесткости шпиндельного узла и центров станка, конструкционного демпфирования. Значения погрешностей, полученных по разработанной методике, совпадают с экспериментальными в 90-процентном доверительном интервале. Разработанные модели позволяют на этапе проектирования токарной операции учитывать динамические параметры заготовки, уменьшая вероятность возникновения резонансных явлений.

5. Разработан комплекс моделей виброперемещений элементов технологической системы станка при обработке прерывистых поверхностей, позволяющих численно моделировать колебания системы и анализировать влияние параметров н режимов резания на амплитуду колебаний, оптимизировать режимы резания для решения задачи снижения уровня вибраций технологической системы станка.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснована модель процесса продольного точения с переменными режимами резания, получены зависимости величин подачи и скорости резания от комплексного геометрического параметра, учитывающего жесткость заготовки и схему ее закрепления. Эффективность разработанной модели подтверждена исследованием устойчивости системы при переменных режимах резания.

7. Разработаны и защищены патентами конструкции режущих инструментов, реализующие малое изменение динамических параметров державок при нестабильных режимах резания, обеспечивающие генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов и уменьшение вероятности возникновения резонанса в системе. Показано уменьшение влияния случайных изменений условий обработки при точении разработанными резцами за счет понижения чувствительности к изменениям режимов резания. Определена область применения резцов. Установлено, что применение разработан-

ных инструментов наиболее целесообразно для черновой обработки деталей с ярко выраженной некруглостью, сложных фасонных поверхностей, а также деталей, обработка которых осуществляется с большой величиной вылета резца. Разработаны практические рекомендации по повышению эксплуатационных характеристик инструментов на основе расширения области режимов резания, обеспечивающих виброустойчивость в условиях чистовой и черновой обработки.

8. Экспериментально подтверждена эффективность процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; исследованы условия возникновения и протекания вибраций при резании исследуемым резцом, определены зоны виброустойчивости. Установлено, что применение исследуемого резца в 1,5.. .2,5 раза уменьшает вибрационное врезание в тело заготовки, что положительно сказывается на качестве обработки. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания широкополосной частотной зоны, обеспечивающей устойчивую работу предложенного инструмента при регенеративных колебаниях с отсутствием ярко выраженного резонансного пика.

9. Обоснована эффективность применения предложенных технических решений. Использование конструкций резцов с переменными динамическими параметрами позволяет повысить полезный объем работы в 1,2... 1,3 раза. Внедрение операций точения с переменными величинами подачи и скорости резания позволяет уменьшить себестоимость обработки на 11.. .25 %.

Результаты проведенных исследований приняты к промышленному применению, а также к использованию в учебном процессе.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Васин С.А. Динамические параметры цилиндрических заготовок при точении*, монография / С.А. Васин, A.A. Кошелева. - М.: Машиностроение-!, 2008,- 176 с.

2. Васин С.А. Повышение виброустойчивости процесса точения: монография / С.А. Васин, JI.A. Васин, A.A. Кошелева. - М.: Машиностроение, 2008,- 196 с.

3. Кошелева A.A. Экспериментальное исследование собственных частот колебаний валов при различных схемах установки / A.A. Кошелева // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 9. - С. 12-15.

4. Кошелева A.A. Исследование собственных частот колебаний валов при консольном креплении / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 6. - С. 3-11.

5. Кошелева A.A. Учет жесткости шпиндельного узла при расчете динамических характеристик заготовки I A.A. КошелеваII Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 8. - С. 60-66.

6. Кошелева A.A. Исследование точности обработки с применением теории случайных процессов / A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 8. - С. 79-84.

7. Кошелева A.A. Определение погрешности размера детали при переменной жесткости технологической системы / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». -Тула, 2006. - № 10 - С. 11— 18.

8. Кошелева A.A. Моделирование свободных колебаний заготовки/ A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». -Тула, 2006.11.-С. 13-17.

9. Кошелева A.A. Изучение влияния сопротивления на свободные колебания заготовки/ A.A. Кошелева, H.H. Бородкин// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 11. - С. 62-68.

10. Васин JI.A. Анализ инертности подсистемы «заготовка - шпиндельный узел» / Л.А. Васин, A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 11. - С. 97-106.

11. Кошелева A.A. Исследование собственных частот колебаний заготовок типа тел вращения / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Актуальные вопросы механики». Вып. 2. - Тула, 2006. - С. 87-92.

12. Кошелева A.A. Разработка расчетных схем для определения собственных частот колебаний заготовок при токарной обработке / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технология машиностроения». - Тула, 2006. - С. 132-138.

13. Кошелева A.A. Демпфирование колебаний в подсистеме «заготовка - шпиндельный узел» / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». - Тула, 2006. - № 12. - С. 41-48.

14. Кошелева A.A. Решение вопросов виброустойчивости при проектировании промышленных изделий / A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Дизайн. Искусство интерьера. Изобразительное искусство. Инженерная и компьютерная графика». - Тула, 2006. - Вып. 1. - С. 31-35.

15. Васин JI.A. Характер колебаний заготовки, закрепленной в патроне токарного станка, при импульсном силовом воздействии / Л.А. Васин, A.A. Кошелева, H.H. Бородкин // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». -Тула,2007.-С. 31-37.

16. Васин Л.А. Конструирование резцов с державками из композитов с регулируемой неоднородностью строения / Л.А. Васин, H.H. Бородкин, A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». - Тула, 2007. - С. 2431.

17. Бородкин H.H. Особенности процесса точения резцами с комбинированными державками из композита / H.H. Бородкин, A.A. Кошелева // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». - Тула, 2007. - С. 50-56.

18. Кошелева A.A. Исследование динамической жесткости деталей типа тел вращения / A.A. Кошелева, Л.А. Васин // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». - Тула, 2008. - Вып. 3. - С. 120-129.

19. Кошелева A.A. Уменьшение вибраций технологической системы станка при прерывистом резании / A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». - Тула, 2008. - Вып. 4. - С. 207-212.

20. Кошелева A.A. Проектирование инструмента с переменными динамическими характеристиками / A.A. Кошелева, Л.А. Васин // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». - Тула, 2008. - Вып. 4. - С. 201-207.

21. Кошелева A.A. Исследование собственных частот колебаний заготовок при токарной обработке I A.A. Кошелева // Международная юбилейная техническая конференция «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С.И. Лашнева: сб. тр. - ТулГУ, 29-31 января 2007. - Тула, 2007. - С. 51.

22. Васин С.А. Определение собственных частот колебаний валов/ С.А. Васин, Л.А. Васин, A.A.. Кошелева//7-ая ежегодная международная научно-практическая конференция «Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях»: сб. тр. - п. Слав-ское, Карпаты, 12-16 февраля 2007. — Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2007. - С. 51-52.

23. Кошелева A.A. Выбор режимов резания при автоматизированном производстве / A.A. Кошелева // Очно-заочная международная научно-техническая конференция «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-12): сб. тр. - Программа У.М.Н.И.К. 15-17 октября 2007 г. - Тула: ТулГУ, 2007. - С. 38.

24. Кошелева A.A. Вопросы проектирования виброустойчивого инструмента /A.A. Кошелева //Известия ТулГУ. Серия «Дизайн. Изобразительное искусство». - Тула, 2007. - Выпуск 1. - С. 56-62.

25. Кошелева A.A. Методологические основы проектной деятельности /A.A. Кошелева//Известия ТулГУ. Серия «Дизайн. Изобразительное искусство». - Тула, 2007. - Вып. 1. -С.49-55.

• 26. Васин С.А. Выявление закономерностей демпфирования колебаний в подсистеме заготовки при точении/С.А. Васин, Л.А. Васин, A.A. Кошелева// Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука - производство-технология-экология»: сб. тр. в 7 т. Т. 4. — Киров, 2008. - С. 137-138.

27. Кошелева A.A. Учет динамических характеристик заготовок при разработке технологических процессов. / A.A. Кошелева// 6-ая международная научно-техническая конференция «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности»: сб. тр., 26-27 мая 2008. - Брянск, 2008.

28. Васин С.А. Экспериментальное исследование демпфирования в технологической системе станка / С.А. Васин, A.A. Кошелева // Вестник ТулГУ. Серия «Инструментальные и метрологические системы». - Тула, 2008. -С. 42-43.

29. Васин Л.А. Анализ динамической реакции подсистемы заготовки на импульсную нагрузку / Л.А. Васин, A.A. Кошелева // Вестник ТулГУ. Серия «Инструментальные и метрологические системы». - Тула, 2008. - С. 44-45.

30. Кошелева A.A. Содержание методологических основ проектирования устойчивых процессов / A.A. Кошелева// Вестник ТулГУ. Серия «Дизайн. Изобразительное искусство. Компьютерная графика». - Тула, 2008. - С.51-54.

31. Кошелева A.A. Синергетика как междисциплинарное направление научных исследований /A.A. Кошелева// Вестник ТулГУ. Серия «Дизайн. Изобразительное искусство. Компьютерная графика». - Тула, 2008. - С.54-58.

32. Васин Л. А. Виброустойчивость резцов переменной жесткости при нестабильных режимах обработки / Л.А. Васин, Г.В. Шадский, A.A. Кошелева //Автоматизированные станочные системы и роботизация производства: сб. науч. тр. - Тула: ТулГТУ, 1994. - С.77-88.

33. Шадский Г.В. Использование вероятностного подхода для изучения процесса резания / Г.В. Шадский, Л.А. Васин, A.A. Кошелева II Автоматизированные станочные системы и роботизация производства: сб. науч. тр. - Тула: ТулГУ, 1995.-С. 21-27.

34. Шадский Г.В. Режущий инструмент с переменными динамическими характеристиками / Г.В. Шадский, A.A. Кошелева // Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тезисы докладов совещания 15-17 ноября 1995 г. - Тула: ТулГУ, 1995. - С. 87-88.

35. Шадский Г.В. Статические методы анализа и регулирования технологических процессов / Г.В. Шадский, A.A. Кошелева // Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тезисы докладов совещания 1517 ноября 1995 г.-Тула: ТулГУ, 1995. -С. 89.

36. Шадский Г.В. Исследование устойчивости динамической системы станка при точении резцом с переменной жесткостью/ Г.В. Шадский, A.A. Кошелева // Режущие инструменты и метрологические аспекты их производства: сб. науч. тр. -Тула:ТулГУ, 1995. -С. 21-26.

37. Шадский Г.В. Исследование зависимости интенсивности колебаний резца с переменной жесткостью от режимов резания / Г.В. Шадский, A.A. Кошелева //Автоматизированные станочные системы и роботизация производства: сб. науч. тр. -Тула: ТулГУ, 1995. - С. 190-197.

38. Васин С.А. Экспериментальное моделирование и анализ свойств полимерных материалов при конструировании режущего инструмента / С.А. Васин, E.H. Суманеева, A.A. Кошелева //Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов»: сб.тр.-Тула,1997. - С.123.

39. Васин С.А. Производственный метод определения скорости резания, обеспечивающий безвибрационный режим процесса точения/ С.А. Васин, И.В. Денисов, A.A. Кошелева // Международная научно-техническая конференция «Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов»: сб. тр. - Тула, 1997. -С. 124-125.

40. Кошелева A.A. Мероприятия по устранению вибраций при дизайн-проектировании промышленных изделий / A.A. Кошелева //Всероссийская научно-практическая конференция «Дизайн-2005»: сб. тр. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 64-65.

41. Кошелева A.A. Влияние геометрических параметров инструмента на устойчивость процесса точения / A.A. Кошелева// Международная научно-

техническая электронная интернет-конференция «Инструментальное и метрологическое обеспечение машиностроительных производств 2006» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. -2006.-Вып. 2.

42. Кошепева A.A.. Исследование параметров демпфирования в технологической системе токарного станка / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Инструментальное и метрологическое обеспечение машиностроительных производств 2006» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. -2006.-Вып. 2.

43. Кошелева A.A. Расчет динамической жесткости подсистемы «шпиндельный узел заготовка» / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Инструментальное и метрологическое обеспечение машиностроительных производств 2006» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.naulca.tula.ru, свободный. -2006.-Вып. 2.

44. Кошелева A.A. Экспериментальное исследование инертности подсистемы заготовки при точении / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Инструментальное и метрологическое обеспечение машиностроительных производств 2006» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: httpi/www.nauka.tula.ru, свободный. -2006. - Вып. 2.

45. Кошелева A.A. Динамические явления при импульсном воздействии на подсистему заготовки/ A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» [Электронный ресурс]: Труды электронных интернет-конференций.

- Электр, журн. - Тула: ТулГУ, 2006. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. -№ гос. регистрации 0220409933,- 2006.

46. Кошелева A.A. Расчет инертности подсистемы «шпиндельный узел

- заготовка - задний центр» / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» [Электронный, ресурс]: Труды электронных интернет-конференций.

- Электр, журн. - Тула: ТулГУ, 2006. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. - № гос. регистрации 0220409933.-2006.

47. Кошелева A.A. Демпфирование колебаний валов при их установке в патроне с поджимом задним центром / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» [Электронный ресурс]: Труды электронных интернет-коиференций. - Электр, журн. - Тула: ТулГУ, 2006. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. - № гос. регистрации 0220409933. - 2006.

48. Кошелева A.A. Разработка графической модели для определения динамических характеристик заготовок/ A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» [Электронный ресурс]: Труды электронных интернет-

конференций. - Электр, журн. - Тула: ТулГУ, 2006. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. - № гос. регистрации 0220409933. - 2006.

49. Кошелева A.A. Влияние режимов резания на устойчивость процесса точения / A.A. Кошелева // Международная научно-техническая электронная интернет-конференция «Технология машиностроения 2006» [Электронный ресурс]: Труды электронных интернет-конференций. - Электр, журн. -Тула: ТулГУ, 2006. - Режим доступа: http://www.nauka.tijla.ru, свободный. -№ гос. регистрации 0220409933. - 2006.

50. Кошелева A.A. Способ продольного точения с регулируемыми режимами резания / A.A. Кошелева // 7-ая международная электронная научно-техническая конференция «Технологическая системотехника» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nauka.tula.ru, свободный. - 2008.

51. Пат. 66706 Российская Федерация, МПК В23В 17/00. Резец / Васин С.А., Васин H.A., Бородкин H.H., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. - № 2007118256/22; заяв. 17.05.07; опубл. 27.09.2007 Бюл. № 27. - 1 е.: ил.

52. Пат. 66707 Российская Федерация, МПК В23В 17/00. Резец/ Васин С.А., Васин JI.A., Бородкин H.H., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. - № 2007118255/22; заяв. 17.05.07; опубл. 27.09.2007 Бюл. № 27. - 1 е.: ил.

53. Пат. 68389 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Резец/ Васин С.А., Васин J1.A., Бородкин H.H., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. - № 2007118254/22; заяв. 17.05.07; опубл. 27.11.2007 Бюл. № 33. - 1 е.: ил.

54. Пат. 72427 Российская Федерация, МПК В23В 17/00. Резец / Васин С.А., Васин J1.A., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. - № 2007147490/22; заяв. 19.12.07; опубл. 20.04.08, Бюл. №11.-3 е.: ил.

55. Пат. 70471 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Резец / Васин С.А., Васин Л.А., Бородкин H.H., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. - № 2007135626/22; заяв. 26.09.07; опубл. 27.01.08, Бюл. №3.-3 е.: ил.

56. Пат. 78713 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Устройство для токарной обработки/ Васин С.А., Васин Л.А., Кошелева A.A.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет. -№ 2008130325/22; заяв. 22.07.08; опубл. 10.12.08, Бюл. № 34. - 2 е.: ил.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 10.09.2009. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,3. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ О ¡9

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

ВВЕДЕНИЕ.

Принятые обозначения.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К УВЕЛИЧЕНИЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОЧЕНИЯ.

1.1. Повышение виброустойчивости процесса точения.

1.2. Пути достижения эффективности процесса точения.

1.3. Показатели динамического качества токарного станка.

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИБРОУСТОЙЧИВОГО ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ.

2.1. Основные положения и модели динамической системы станка

2.2. Математические модели виброперемещений подсистемы «инструмент-заготовка».

2.3. Устойчивость динамической системы токарного станка при переменных динамических параметрах.

Выводы по главе 2.

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАГОТОВОК ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМАХ ИХ БАЗИРОВАНИЯ НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ.

3.1. Исследование собственных частот колебаний заготовок типа тел вращения при различных схемах закрепления.

3.1.1. Описание экспериментальной установки для исследования динамических параметров заготовки.

3.1.2. Консольная установка заготовки.

3.1.3. Установка заготовки в патроне с поджимом задним центром.

3.1.4. Установка заготовки в центрах.

3.1.5. Моделирование колебаний заготовки.

3.2. Исследование жесткости подсистемы заготовки.

3.2.1. Методика исследования жесткости технологической системы

3.2.2. Анализ передаточной функции подсистемы заготовки

3.2.3. Исследование динамической жесткости деталей типа тел вращения.

3.2.3.1. Изучение воздействия кратковременной импульсной нагрузки на подсистему заготовки.

3.2.3.2. Изучение воздействия прямоугольной импульсной нагрузки на подсистему заготовки.

3.2.3.3. Расчет динамической жесткости деталей типа тел вращения.

3.3. Демпфирование колебаний в подсистеме заготовки.

3.3.1. Исследование демпфирования в материале заготовки

3.3.2. Демпфирование колебаний в подсистеме «заготовка шпиндельный узел».

3.3.3. Демпфирование колебаний в подсистеме «шпиндельный узел — заготовка - задний центр».

Выводы по главе 3.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДСИСТЕМЫ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ И РЕЖИМАХ РЕЗАНИЯ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ 243 4.1. Математическая модель процесса виброперемещения заготовки

4.1.1. Изменение динамических параметров заготовок при резании.

4.1.2. Способ продольного точения с переменными режимами резания.

4.2. Прогнозирование уровня вибраций заготовки при прерывистом резании.

4.3. Возможность уменьшения вибраций технологической системы станка при прерывистом резании.

Выводы по главе 4.

5. ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗЦОВ С ПЕРЕМЕННЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ.

5.1. Конструкция резца с переменной жесткостью.

5.2. Математическая модель динамики точения резцами с переменной жесткостью.

5.3. Виброустойчивость динамической системы при точении.

5.3.1. Динамическая модель подсистемы токарного инструмента

5.3.2. Устойчивость системы при изменении ее параметров по случайному закону.

5.3.3. Использование вероятностного подхода для исследования процесса резания при точении.

5.4. Разработка регрессионной модели зависимости амплитуды колебаний инструмента от режимов резания.

5.5. Определение погрешности размера детали при переменной жесткости технологической системы при точении.

5.6. Экспериментальные исследования динамики и виброустойчивости процесса точения резцами с переменной жесткостью.

5.6.1. Постановка эксперимента.

5.6.2. Исследование условий возникновения и протекания вибраций.

5.6.3. Спектральный анализ виброграмм.

5.6.4. Влияние неточности изготовления составной державки на точность обработки деталей.

5.7. Разработка конструкций резцов с переменными динамическими параметрами.

Выводы по главе 5.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ФАКТОРОВ, ПРИСУЩИХ ПОДСИСТЕМЕ

ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА.

6.1. Комплексная оценка затрат при точении с учетом возможности повышения производительности.

6.2. Экономическое обоснование выбора варианта технологического процесса при точении с учетом повышения производительности

6.3. Экономическое обоснование выбора варианта конструкции токарного инструмента с учетом снижения его себестоимости.

6.4. Алгоритм проектирования токарной операции.

Выводы по главе 6.

Актуальность темы. Требования мирового потребительского рынка определяют перспективы развития машиностроения и металлообработки как базовой отрасли, создающей материально-техническую основу для перехода современной экономики на инновационный вектор развития.

Сегодня стоят задачи улучшения качественных показателей всех отраслей общественного производства, повышения производительности оборудования, внедрения новых технологий и трудосберегающего оборудования, способствующих повышению технического уровня и эффективности производства, снижению энерго- и материалоемкости производства.

В условиях автоматизации, создания новых материалов и технологий проблема повышения эффективности производства и обеспечения высокого качества продукции занимает особое место и привлекает внимание ученых и производственников. Возможность повышения производительности технологических процессов во многом определяется обеспечением их стабильности. Разработка высокоскоростного оборудования неизбежно приводит к увеличению интенсивности и расширению спектра вибраций. При резании металлов вибрации вызывают такие явления, как увеличение шероховатости и волнистости поверхности, шум, снижение стойкости инструмента, расстройка станка и приспособлений. Увеличиваются динамические нагрузки в стыках. Действие вибраций может привести к трансформированию внутренней структуры материалов, остаточным напряжениям в материале заготовки. В ряде случаев вибрации не позволяют применять высокоэффективные технологические приемы или делают невозможным сам процесс резания.

Фундаментальные исследования в области динамики станков выполнены А.П. Соколовским, В.А. Кудиновым, A.B. Кудиновым, А.И. Кашириным, J. Tlusty, М.Э. Эльясбергом, В.Н. Подураевым, J1.C. Мурашкиным, C.JI. Мурашкиным, A.C. Ямниковым, O.A. Ямниковой, С.А. Васиным, JI.A. Васиным, В.П. Кузнецовым, Н.Б. Дорохиным, М.Б. Флеком и другими российскими и зарубежными учеными.

Основные показатели динамических качеств токарного станка: наибольшие допускаемые режимы устойчивого резания, определяющие производительность обработки, запас и степень устойчивости системы; силы резания и соответствующие им отклонения формообразующих перемещений звеньев системы от требуемых; интенсивность колебаний резца и детали при резании и на холостом ходу; динамическая жесткость; быстродействие; уровень шума.

Динамические процессы, происходящие в станке, оказывают решающее воздействие на точность и устойчивость обработки, определяя возможность применения рациональных режимов резания, условия обслуживания станка, уровень шума, общую культуру производства в целом.

В настоящее время важным представляется разработка теоретических основ повышения эффективности функционирования технологических систем с переменными параметрами, проектирование виброустойчивых систем, трансформирующихся при нестабильных условиях резания, при обработке сложных фасонных поверхностей, а также материалов со значительно меняющейся твердостью. При этом вопросы устойчивости заготовки как звена технологической системы токарного станка, расчета динамических характеристик заготовки являются недостаточно изученными.

Целью работы является повышение эффективности процесса токарной обработки деталей общего машиностроения на основе разработки методик и алгоритмов проектирования виброустойчивых технологических операций с учетом динамических параметров элементов технологической системы. Исследование динамики процесса резания, учет динамических параметров подсистемы «заготовка-инструмент» позволит прогнозировать точность обработки на этапе проектирования операций, осуществлять выбор рациональных режимов резания, значительно уменьшая уровень вибраций и повышая производительность токарной обработки.

Поставленная цель определяет решение следующих задач:

1. Оценка степени влияния на устойчивость и эффективность процесса точения различных факторов.

2. Разработка теоретических основ виброустойчивости динамической системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами.

3. Прогнозирование виброперемещений системы на этапе проектирования технологической операции на основе разработанных моделей, описывающих динамическое состояние технологической системы с переменными параметрами.

4. Идентификация динамических параметров элементов технологической системы.

5. Разработка комплекса моделей виброперемещений элементов технологической системы для схем обработки прерывистых поверхностей.

6. Обоснование модели проектирования процесса продольного точения с переменными режимами резания; теоретическое и экспериментальное исследование устойчивости технологической системы при переменных режимах обработки.

7. Разработка модели точения резцом с переменными динамическими характеристиками; разработка конструкций и определение области применения резцов с переменными параметрами.

8. Экспериментальное исследование процесса обработки резцом с переменной жесткостью; исследование условий возникновения и протекания вибраций при резании исследуемым резцом, определение зоны виброустойчивости.

9. Технико-экономической обоснование применения разработанных технических решений: конструкций инструмента, схем точения.

Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретически и экспериментально. Теоретические исследования базировались на основных положениях теории резания металлов, динамики резания, проектирования режущих инструментов, теории управления, теории колебаний, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств, в том числе измерительной аппаратуры фирмы Briiel & Kjasr (Дания). Обработка-результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ. Оценка процесса точения и стружкообразования производилась с использованием фотосъемки камерой SONY DSC-P92.

Автор защищает:

1. Комплексный подход к проектированию виброустойчивого процесса точения на основе учета динамических параметров подсистемы «заготовка — инструмент», методологические основы повышения эффективности токарных операций.

2. Новый концептуальный подход к исследованию виброустойчивости технологической системы, основанный на ее представлении как системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами; разработанную модель динамической системы, позволяющую оценивать ее устойчивость при нестабильных параметрах и режимах резания; расширять интервалы варьирования режимов резания для решения задачи повышения эффективности процесса точения.

3. Аналитическое описание динамического состояния технологической системы с переменными параметрами, в том числе математические модели виброперемещений системы «заготовка - инструмент» при различных схемах установки заготовки и разном характере изменения силы резания, позволяющие проводить визуализацию и анализ колебаний, исследовать динамическую устойчивость системы, прогнозировать интенсивность колебаний системы на этапе проектирования технологических операций.

4. Обобщенные модели идентификации динамических параметров заготовок при точении для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующиеся на установленных регрессионных зависимостях собственных частот, жесткости и демпфирующих характеристик заготовок от их геометрических параметров и схемы закрепления на станке.

5. Комплекс моделей виброперемещений элементов технологической системы станка для схем обработки прерывистых поверхностей, учитывающий влияние параметров системы и режимов резания на интенсивность колебаний.

6. Обоснование схемы продольного точения с режимами резания (скоростью и подачей), изменяющимися в зависимости от комплексного параметра, учитывающего жесткость заготовки, положение резца относительно мест закрепления заготовки и схемы ее закрепления; установленные графические и аналитические зависимости характера изменения* режимов резания при продольном точении.

7. Модель обработки заготовок резцами с переменными динамическими характеристиками; конструкции режущих инструментов, реализующие малое изменение динамических параметров державок при нестабильных режимах резания, обеспечивающие генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов и уменьшение вероятности возникновения резонанса в системе.

8. Результаты экспериментальных исследований работоспособности резцов с переменной жесткостью, экспериментального подтверждения адекватности разработанной модели процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; возможности создания широкополосной частотной зоны, обеспечивающей устойчивую работу предложенного инструмента при регенеративных колебаниях с отсутствием ярко выраженного резонансного пика.

9. Технико-экономическое обоснование применения разработанных технических решений.

Научная новизна заключается:

- в реализации комплексного подхода к совершенствованию проектирования виброустойчивого процесса точения заготовок для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующегося на результатах расчетов виброперемещений заготовки, выполненных с использованием динамических параметров подсистемы заготовки, превентивно установленных с учетом как геометрических размеров заготовки, так и схемы ее закрепления, и определения характера изменения величины подачи (скорости резания) в процессе обработки конкретной заготовки в соответствии с изменением ее прогиба в зависимости от положения резца относительно мест закрепления заготовки;

- в совершенствовании проектирования виброустойчивого процесса точения при случайно изменяющемся припуске и твердости материала заготовки на1 основе использования резцов* с малыми изменениями параметров (жесткости или массы их консольной части) под действием случайно изменяющейся силы резания в процессе точения, вызывающими генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов (частот образования волн), обеспечивающей формирование направленного процесса предотвращения образования вибрационных волн с постоянной частотой, равной собственной частоте колебаний резца, а соответственно, и развития автоколебаний в технологической системе.

Практическая значимость работы заключается в разработанных: - методике расчета динамических параметров заготовок для различных схем их закрепления, позволяющих рассчитывать значения критических режимов обработки, при которых колебания системы становятся неустойчивыми;

- алгоритмах, позволяющих путем моделирования рассчитать колебания заготовки и инструмента при точения прерывистых поверхностей;

- технологических приемах, позволяющих расширить области режимов резания, обеспечивающих повышение эффективности процесса точения и увеличение загрузки станка;

- на уровне технических решений (пат. 66706 РФ, пат. 66707 РФ, пат. 68389 РФ, пат. 72427 РФ, пат. 70471 РФ) конструкциях резцов, позволяющих повысить эффективность токарной обработки и обеспечивающих виброустойчивость технологической системы станка в более широких диапазонах режимов резания; в разработанных устройствах для токарной обработки (пат. 78713 РФ), обеспечивающих повышение производительности обработки;

- методологических рекомендациях по выбору и оценке эффективности конструкций резцов с переменными динамическими параметрами на этапе технологической подготовки производства;

- технологических рекомендаций-по выбору режимов резания, конструкции инструмента, кинематических и динамических параметров процесса, позволяющих прогнозировать виброустойчивость системы на основании разработанных моделей и методов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 18 конференциях, в том числе на Международной технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С.И. Лаш-нева (г. Тула, 2007 г.), на 7-й Международной научно-практической конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях» (Украина, п. Славское, 2007 г.), на 6-ой Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (г. Брянск, 2008 г.), на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» (г. Тула, 2008 г.), на 7-ой Международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника» (г. Тула, 2008 г.), Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство-технология - экология» (г. Киров, 2008).

Реализация результатов работы. Результаты данной работы внедрены в КБ приборостроения (г. Тула), ФГУП «ГНПП Сплав» (г.Тула), ОАО ТНИТИ (г. Тула), а также в учебный процесс в ТулГУ.

Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 56 научных работах, в том числе в 2 монографиях, 6 патентах, 10 статьях в сборниках научных трудов, 20 материалах научных конференций, 18 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 135 наименований и 7 приложений. Работа содержит 290 страниц машинописного текста, а также 222 рисунка и 51 таблицу.

Выводы

1. В результате проведенных аналитических и экспериментальных исследований осуществлено решение важной научно-технической проблемы повышения эффективности процесса точения* на основе разработки комплексного подхода к проектированию процесса токарной обработки с учетом динамических характеристик подсистемы «заготовка — инструмент».

2. Разработаны теоретические основы виброустойчивости динамической системы с переменными параметрами. Представлена математическая модель динамической системы, позволяющая оценивать устойчивость системы при нестабильных параметрах и режимах резания; расширять интервалы варьирования режимов резания для решения задачи повышения эффективности процесса точения.

3. Выполнено аналитическое описание-динамического состояния технологической системы с переменными параметрами. Разработаны математические модели виброперемещений системы «заготовка — инструмент» при различных схемах установки, заготовки, и разном характере изменения силы резания, позволяющие проводить визуализацию и анализ-колебаний,.исследовать динамическую устойчивость системы, прогнозировать^ интенсивность колебаний системы на этапе проектирования технологических операций.

4. Осуществлена идентификациям динамических параметров- элементов технологической системы станка. Получены графические и аналитические зависимости, позволяющие рассчитать-фактические величины собственных частот колебаний, жесткости и демпфирования? заготовок с учетом* жесткости шпиндельного узла и центров станка, конструкционного демпфирования., Зна-ченияс погрешностей, полученных по разработанной^ методике, совпадают с экспериментальными в. 90-процентном доверительном интервале. Разработанные модели позволяют на этапепроектированшитокарной операции учитывать динамические параметры заготовки, уменьшая» вероятность возникновения резонансных явлений.

5: Разработан комплекс моделей виброперемещений элементов технологической системы станка при обработке прерывистых поверхностей, позволяющих численно моделировать колебания системы и анализировать влияние параметров и режимов резания на амплитуду колебаний, оптимизировать режимы резания для решения задачи снижения уровня вибраций технологической системы станка.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснована модель процесса продольного точения- с переменными режимами резания, получены зависимости величин подачи и скорости резания от комплексного геометрического параметра, учитывающего жесткость заготовки и схему ее закрепления. Эффективность разработанной модели подтверждена исследованием устойчивости системы при переменных режимах резания.

7. Разработаны, и защищены, патентами конструкции режущих инструментов, реализующие малое изменение динамических характеристик державок при нестабильных режимах резания; обеспечивающие генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов и уменьшение вероятности возникновения резонанса в-системе. Показано уменьшение влияния случайных изменений условий обработки при точении разработанными резцами за счет понижения чувствительности к изменениям режимов- резания. Определена область применения резцов» Установлено, что применение разработанных инструментов, наиболее целесообразно длял черновой обработки-деталей с ярко выраженной некруглостью, сложных фасонных поверхностей, деталей, обработка которых осуществляется с большой величиной вылета резца. Разработаны практические рекомендации по повышению эксплуатационных характеристик инструментов на основе расширения4 области режимов^ резания, обеспечивающих виброустойчивость в условиях чистовой^и черновой обработки.

8. Экспериментально подтверждена эффективность процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; исследованы-условия» возникновениями протекания вибраций при резании исследуемым резцом, определены зоны виброустойчивости. Установлено, что применение исследуемого резца в, 1,5.2,5 раза уменьшает вибрационное врезание в.тело заготовки, что положительно сказывается на качестве обработки. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания широкополосной частотной зоны, обеспечивающей устойчивую работу предложенного инструмента при регенеративных колебаниях с отсутствием ярко выраженного резонансного пика.

9. Обоснована эффективность г применения предложенных технических: решений. Использование конструкций резцов с переменными динамическими характеристиками позволяет повысить полезный объем работы в 1,2.1,3 раза. Внедрение операций точения с переменными величинами подачи и скорости резания позволяет уменьшить себестоимость обработки на 11. .25 %.

Результаты проведенных исследований приняты к промышленному применению, а также к использованию в учебном процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен анализ существующих подходов, к повышению эффективности процесса точения; ;проведена классификация методов; повышения; виброустойчивости технологической; системы, токарного станка. •

Теоретические и экспериментальные исследования позволили определись» основные-направленияшовышения* эффективности процесса; точения; базируьо-щиеся на учете динамических характеристик заготовки и инструмента как элементов технологической системы токарного станка.

Проведено? аналитическое и экспериментальное исследование собственных частот колебаний и жесткости заготовок (валов) при различных схемах их установки на токарном станке. Исследован характер демпфирования колебаний заготовки; в том числе затухание колебаний в материале детали, конструкционное демпфирование: Получены, графические- модели; устанавливающие связь, между динамическими; характеристиками«заготовок: и их геометрическими параметрами, схемой установки.

Учет динамических характеристик заготовки^ как одного из слабых звеньев?: технологической системы позволяет решать проблему обеспечения виброустойчивости процесса? обработки* металлов точения на этане проектирования токарной операции, снижает затраты времени на ее внедрение, создавая тем самым условия для повышения? производительности и качества обработки, уменьшения износа инструмента; сокращает время простоя оборудования и операторов. Это приобретает особое значение в условиях доминирующих в настоящее время мелкосерийного и вариантного производств;

Получены аналитические зависимости; описывающие характер виброперемещений элементов-технологической; системы при точении прерывистьгк поверхностей. Адекват ност ь моделей подтверждена экспериментально.

Теоретически обоснована возможность применения инструмента с переменными! динамическими характеристиками, позволяющего уменьшить вероятность возникновения резонансных явлений при регенеративных колебаниях.

Разработаны новые конструкции резцов, изменяющих свои динамические характеристики при нестабильных режимах резания. Представлена схема резания инструментом с переменной жесткостью. Проанализирована схема, образо-ваншьпогрешностей обработки при точении заготовок.

С целью определения области виброустойчивости резцов проведен расчет динамической системы станка, включающей взаимодействие УС станка с рабочими процессами. Для анализа систем использован математический аппарат теории автоматического управления, что позволило раскрыть физический смысл динамических явлений, протекающих во время точения: УС рассмотрена на основе классического положения теории упругости и колебаний как система со многими степенями свободы и координатными, скоростными и инерционными связями.

Анализ устойчивости динамической* системы,при*резании на основе разработанных представлений об элементах системы- и их связях позволил дать совокупную оценку влияния параметров УС, процессов' резания; трениял на запас устойчивости.

Получены значения оптимальных параметровгконструкции и режимов резания, позволяющие расширить область виброустойчивости системы.

1. Амосов И.С. Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке./ И.С. Амосов, В1А. Скраган. — М.: Машгиз, 1958.

2. Ананьев И.В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем./ И.В. Ананьев. — М.: Л.: Госуд. изд-во технико-теоретической литературы, 1946. 224 с.

3. A.c. 1192907 СССР, МПИ В23 В27/16. Резец / Васин С.А., Васин Л.А., Дмитриева О.Л. (СССР). № 3753451; заяв. 15.06.84; опубл. 23.11.85. Бюл. № 43. - 1 с.

4. Бабаков И.М. Теория колебаний: Учеб. пособие./ И.М. Бабаков. — 4-е изд., испр. М.: Дрофа, 2004. - 591 с.

5. Базров Б.М. Расчет точности на ЭВМ./ Б.М. Базров. М.: Машиностроение, 1984. - 256 с.

6. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн. / Б.С. Балакшин. — М.: Машиностроение, 1982. — Кн. 1. Технология станкостроения. 1982.-239 с.

7. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн. / Б.С. Балакшин. — М.: Машиностроение, 1982. — Кн. 2. Основы технологии машиностроения. 1982. — 367 с.

8. Барановский М.А. Справочник токаря./ М.А. Барановский, A.B. мо-лочков. Минск: Госиздат БССР, 1962. - 492.

9. Бармин Б.П. Вибрации и режимы резания. / Б.П. Бармин. — М.: Машиностроение, 1972. — 72 с.

10. Бендат Дж. Измерение и анализ случайных процессов./ Дж. Бендат,

11. A. Пирсол. М.: Мир, 1971.-408 с.

12. Бендат Дж. Применение корреляционного и спектрального анализа: Пер. с англ. / Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1983. - 312 с.

13. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования./

14. B.А. Бесекерский, Е.П. Попов. М.: Наука, 1966. — 992 с.

15. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов / В.Ф. Бобров. — М.: Машиностроение, 1975. — 344 с.

16. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем./ В.В. Болотин. — М.: Наука, 1979.-335 с.

17. Бутенин Н.В.Введение в теорию нелинейных колебаний: Учеб. пособие для втузов / Н.В. Бутенин, Ю.И. Неймарк, H.A. Фуфаев. — 2-е изд., испр. — М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. - 1987. - 384 с.

18. Васин Л.А. Влияние собственных колебаний резцов на выбор скорости резания при точении // Технология механической обработки и сборки. — Тула, 1991.-С. 69-75.

19. Васин Л.А. Анализ инертности подсистемы «заготовка шпиндельный узел»/Л.А. Васин, A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». — Тула, 2006. - № 11. — С.97-106.

20. Васин Л.А. Характер колебаний заготовки, закрепленной в патроне токарного станка, при импульсном силовом воздействии/Л.А. Васин, A.A. Кошелева, H.H. Бородкин//Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». — Тула,2007.-С. 31-37.

21. Васин С.А. Динамические параметры, цилиндрических заготовок при точении: монография/ С.А. Васин, A.A. Кошелева. — М.: Машиностроение-1,2008.- 176 с.

22. Васин С.А. Повышение виброустойчивости процесса точения: монография/ С.А. Васин, Л.А. Васин, A.A. Кошелева. М.: Машиностроение, 2008. -196 с.

23. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Серия «Библиотека инструментальщика»/ С.А. Васин. М: Машиностроение, 2006. - 384 с.

24. Васин С.А. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. / С.А. Васин, A.C. Вере-щака, B.C. Кушнер. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 448 с.

25. Вейц В.Л. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. Расчет деталей и узлов/ В.Л. Вейц, В.К. Дондошанский, В.И. Чиряев. — М.- Л.: Го-суд. научно-техн. изд-во машиностр. лит-ры, 1959. —288 с.

26. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. / Е.С. Вентцель. — М.: Наука, 1969.-576 с.

27. Вибрации в технике: Справочник. В 6 т. / Ред. совет: В.М. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1980. — Т.З. Колебания машин, конструкций и их элементов/ Иод ред. К.В. Фролова. 1981. - 456 с.

28. Вибрации в технике: Справочник. В 6 т. / Ред. совет: В.М. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1981. - Т.6. Защита от вибраций и ударов/ Под ред. К.В. Фролова. 1981.-456 с.

29. Внутреннее трение в исследовании металлов, сплавов и неметаллических материалов. М.: Наука, 1989. - 282 с.

30. Внутреннее трение в металлах и славах. Сб. статей-./ Под. ред. Тавадзе Ф.Н., Постникова B.C. М.: Наука, 1966. - 244 с.

31. Гречишников В.А. Металлорежущие инструменты: учебник/ В.А. Гречишников, С.Н. Григорьев, С.В* Кирсанов, Д!В. Кожевников, В.И. Кокарев, А.Г. Схиртладзе. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2005. - 568 с.

32. Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник. Том 2/ Под ред. Н.С. Ачеркана. — М.: Машиностроение, 1968. — 408 с.

33. Диментберг Ф.М. Изгибные колебания вращающихся^ валов. / Ф.М. Диментберг. Ml: Изд-во Академии наук СССР; 1959. - 248 с.

34. Диментберг Ф.М. Колебания машин«./ Ф.М. Диментберг, К.Т. Шаталов, A.A. Гусаров. — М-.: Машиностроение; 1964. — 308 с.

35. Дондошанский В.К. Расчет колебаний упругих систем на ЭВМ/ В.К. Дондошанский. M.-JL: Машиностроение, 1965. - 368 с.

36. Енохович A.C. Справочник по физике/ A.C. Енохович. — М.: Просвещение, 1978.-415 с.

37. Ермаков Ю.М. Комплексные способы эффективной обработки резанием: Библиотека технологаЛО.М. Ермаков. — М.: Машиностроение, 2003. — 272 с.

38. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. / И.Г. Жарков. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986: - 184 с.

39. Жйтомирскиш В;К. Механические колебания и практика1 их устранения./ В.К. Житомирский. М!: Машиностроение, 1966; - 176 с.

40. Ильин;М.М. Теория? колебаний: Учеб. для вузов/ М.М. Ильин, К.С. Колесников; Саратов. Иод общ. ред. K G. Колесникова. — 2-е изд., стереотип. -MC: Изд-во МЕТУ им; Баумана, 2003. 272 с.

41. Ильинский; И;И. Колебания в металлорежущих станках; и пути их устранениям/И;ЖИльинский; — М»: Машгиз, 1958.

42. Иориш Ю.И. Виброметрия./ Ю.И: Иориш. — М;: Госуд. научно-техн. изд-во машиноетроит. лит-ры, 1963. — 772 с.

43. Кабалдин IO.F. Повышение качества обработанной поверхности./ Ю.Г. Кабалдин, О.И. МедведеваУ/Вестник машиностроения. — 1989: — N5: — С.42-45.

44. Кабалдин IO.F. Си нергетический подход к анализу динамических процессов?в металлорежущих станках/ Ю:Г. Кабалдин;. А.И1 Олейников; A.A. Бурков//СТИН. 2003. - №1. - С. 3-7.

45. Каминская В.В. Динамическая характеристика процесса резания / В;В! Каминская, В^Ф. Кушнир // Станкиш инструмент. — 1979. № 5. - С. 27 -29.

46. Каширин В .А. Анализ стабильности-, технологических процессов w выбор критериев его оптимальности:/ В.А. Каширин: — Ростов н/Д, 1973.

47. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков./ G.G., Кедров; — М.: Машиностроение, 1978. 199 с.

48. Корн F. Справочник по»математике:(для;научных работниковшшн-женеров). Определения;, теоремы, формулы./ F. Корн, Т. Корн. — 6-еизд., стер: СПб.: Издательство «Лань», 2003; - 832 с.

49. Корсаков В.С. Точность механической обработки. / B.C. Корсаков: — М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1961. — 3 80 с.

50. Кошелева A.A. Демпфирование колебаний в подсистеме «заготовка — шпиндельный узел»/А.А. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». Тула, 2006: - № 12. - С.41-48.

51. Кошелева5 A.A. Изучение влияния сопротивления на свободные колебания заготовки/ A.A. Кошелева, H.H. Бородкин// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». —Тула; 2006. —№ 11. — С.62-68.

52. Кошелева A.A. Исследование собственных частот колебаний валов при консольном креплении/ A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». Тула, 2006. — № 6. — С. 3—11.

53. Кошелева A.A. Исследование собственных частот колебаний заготовок типа тел вращения/А.А. Кошелева//Известия ТулГУ. Серия «Актуальные вопросы механики. Выпуск 2». — Тула, 2006. — С.87-92.

54. Кошелева A.A. Исследование точности обработки с применением теории случайных процессов/ A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». Тула, 2006. - № 8. - С. 79-84.

55. Кошелева A.A. Моделирование свободных колебаний заготовки/ A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». — Тула, 2006. -№ 11.-С. 13-17.

56. Кошелева A.A. Определение погрешности размера детали при переменной жесткости технологической системы/ A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». — Тула, 2006. — № 10. С. 11-18.

57. Кошелева A.A. Разработка расчетных схем для определения собственных частот колебаний заготовок при токарной обработке/А.А. Кошеле-ва//Известия ТулГУ. Серия «Технология машиностроения». — Тула, 2006.

58. Кошелева A.A. Учет жесткости шпиндельного узла при расчете динамических характеристик заготовки/ A.A. Кошелева// Известия ТулГУ. Серия «Технологическая системотехника». — Тула, 2006. — № 8. — С. 60-66.

59. Кошелева A.A. Экспериментальное исследование собственных частот " валов при различных схемах установки. / A.A. Кошелева. М.: Справочник. Инженерный журнал. 2008. - № 9 - С. 12-15.

60. Кудинов A.B. Анализ параметров переходных процессов в экспериментальных задачах динамики станков/А.В. Кудинов. — СТИН, 1999. — № 5. — С. 7-12.

61. Кудинов A.B. Фрактальный подход к формированию поверхностей на металлорежущих танках./ A.B. Кудинов. СТИН. - 1996. - № 6. - С. 13-16.

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

63. Кудинов В.А. Динамическая характеристика резания./ В.А. Кудинов. // Станки и инструмент. — 1963. № 10.

64. Кучма JI.K. Устранение вибраций при обработке металлов резанием. / JI.K. Кучма. — Сб. Исследование колебаний MPC при резании металлов. — М.: Машгиз, 1958.

65. Лазарев Г.С. Устойчивость процесса резания металла./ Г.С. Лазарев. — М.: Высшая школа, 1973.

66. Ланда П.С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. / П.С. Ланда. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. — 360 с.

67. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. / З.М. Левина, Д.Н. Решетов. — М.: Машиностроение, 1971. — 264 с.

68. Локтев В.И. Устойчивость динамической системы металлорежущего станка со случайно подобранными параметрами упругой системы/ В.И. Локтев // Известия вузов. Серия «Машиностроение». — 1973. — № 5.

69. Лукьянов А.Д. Фрактальная структура вибрационных колебаний при резании металлов./ А.Д. Лукьянов. СТИН, 2004. - № 12. - С. 8-13.

70. Маслов Г.С. Расчеты колебаний валов: Справочник. / Г.С. Маслов. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Машиностроение, 1980. — 151 с.

71. Метод конечных элементов в механике твердых тел/Под общ.ред.

72. A.C. Сахарова и И. Альтенбаха. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982. — 480 с.

73. Мурашкин Л.С. Прикладная нелинейная механика станков / Л.С. Му-рашкин, С.Л. Мурашкин. — Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977. — 192 с.

74. Налимов В.В. Логическое основание планирования эксперимента. /

75. B.В. Налимов, Т.И. Голикова. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1980.-152 с.

76. Нашиф А. Демпфирование колебаний. / А. Нашиф, Д. Джоунс, Дж. Хендерсон. Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. 448 с.

77. Никитин Б.В. Расчет динамических характеристик металлорежущих станков. / Б.В. Никитин. — М.: Госуд. научно-техн. изд-во машиностроит. литры, 1962.- 112 с.

78. Орликов M.JI. Динамика станков./ M.JI. Орликов. — 2-е изд., перераб. и доп. К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 272 с.

79. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний/ Я.Г. Па-новко. Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. — М.: Наука. Главная редакция физико-математ. лит-ры, 1991. — 256 с.

80. Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. / Я.Г. Пановко. -М.: Госуд. Изд-во физико-математ. лит-ры, 1960. — 193 с.

81. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара./ Я.Г. Пановко. 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Политехника, 1990. - 272 с.

82. Писаренко Г.С. Обобщенная нелинейная модель учета рассеяния энергии при колебаниях / Г.С. Пановко. — Киев: Наук. Думка, 1985. 240 с.

83. Писаренко Г.С. Экспериментальные методы в механике деформируемого твердого тела./ Г.С. Писаренко, В.А. Стрижало. — Киев: Наук. Думка, 1986.-264 с.

84. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. К.Хартман, Э.Лецкий, В.Шефер и др. Под. ред. Э.К.Лецкого. М.: Мир, 1977.-552 с.

85. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. / В.Н. Подураев. -М.: Машиностроение, 1970. 350 с.

86. Попов В.И. Динамика станков. / В.И. Попов, В.И. Локтев. — Киев: Техника, 1975. 136 с.

87. Пособие к решению задач по сопротивлению материалов: Учеб. пособие для техн. вузов/ Миролюбов И.Н., Енгалычев С.А., Сергиевский Н.Д. и др. 5-е изд., перераб и доп. — М.: Высш. шк., 1985. - 399 с.

88. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, A.B. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.: Под общ. ред. В.И. Баранникова. М.: Машиностроение, 1990. - 400 с.

89. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник. В 3 т./ Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. - Т.З. — 568 с.

90. Пуш В.Э. Формообразование поверхности при точении с учетом относительных колебаний заготовки и инструмента/ В.Э. Пуш, H.A. Кочинев, А.Х. Хачатрян// Станки и инструмент. 1991. - № 7. - С. 28-30.

91. Режимы резания металлов. Справочник. Под ред. Ю.В. Барановского. -М.: Машиностроение, 1972. 407 с.

92. Решетов Д.Н. Точность металлорежущих станков./ Д.Н. Решетов, В.Т. Портман. — М.: Машиностроение, 1986. — 336 с.

93. Розо М. Нелинейные колебания и теория устойчивости./ М. Розо. — М.: Наука. Главная редакция физико-математ. литературы, 1971. 288 с.

94. Рыжков Д.И'. Вибрации при резании металлов и методы их устранения. / Д.И. Рыжков. — M.: Машгиз, 1961. 172 с.

95. Санкин Ю.Н. Динамические характеристики вязко-упругих сиси-тем с распределенными параметрами./ Ю.Н. Санкин. — Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1977. — 312 с.

96. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения; Учеб. пособие для машиностроит. Вузов/ В.И. Аверченков, O.A. Горленко, В.Б. Ильицкий и др.; Под общ. ред. O.A. Горленко. — М.: Машиностроение. 1988. — 192 с.

97. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем. / В.А. Светлицкий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991. - 320 с.

98. Свинин В.М. Самоорганизация вторичных автоколебаний при лезвийной обработке./ В.М. Свинин. — СТИН, 2006. № 1.

99. Серенсен C.B. Динамическа прочность в машиностроении/ C.B. Серенсен, М.И. Тетельбаум, К.И. Пригоровский. — М.: Машгиз, 1945. 327 с.

100. Синергетика и методы науки. Отв. ред. М.А. Басин. - СПб.: Наука, 1998.-439 с.

101. Синергетика и проблемы теории управления/ под ред. A.A. Колесникова. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 504 с.

102. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения./ А.П. Соколовский. М. - Л.: ГНТИМЛ, 1946. - 208 с.

103. Соколовский А.П. Научные основы технологии машинострое-ния/А.П. Соколовский. М.: Машгиз, 1955. - 515 с.

104. Солод В.И. Автоматическое управление режимами резания металлов. / В.И. Солод. -М.: Машиностроение, 1979.

105. Солодов A.B. Линейные автоматические системы с переменными параметрами./ A.B. Солодов, Ф.С. Петров. М.: Наука, 1971. - 620 с.

106. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения./ И.С. Солонин. — М.: Машиностроение, 1972. — 216 с.

107. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов/ Г.С. Писаренко, В.А. Агарев и др. Под ред. акад. АК УССР Писаренко Г.С. — 5-е изд., перераб. и доп. — К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. 775 с.

108. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-матем. лит-ры, 1984. 832 с.

109. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-т. /Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. — 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение-1, 2001. Т.1. - 912 с. Т.2. - 944 с.

110. Стрелков С.П. Механика/ С.П. Стрелков. — Учебник. 4-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань», 2005. — 560 с.

111. Технология машиностроения: В 2 кн. Кн. 1. Основы технологии машиностроения: Учеб. пособ. для вузов/ Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, С.Л. Му-рашкин и др.; Под ред. С.Л. Мурашкина. М.: Высш. Шк., 2003. - 278 с.

112. Технология машиностроения: В'2 кн. Кн. 2. Производство деталей машин: Учеб. пособ. для вузов/ Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, С.Л. Мурашкин и др.; Под ред. С.Л. Мурашкина. М.: Высш. Шк., 2003. — 295 с.

113. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле/ С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер / Пер. с англ. Л.Г. Корнейчука; Под ред. Э.И. Григолюка. -М.: Машиностроение, 1985. — 472 с.

114. Тлустый И. Автоколебания в металлорежущих станках. / И. Тлу-стый. М.: Машгиз, 1956.

115. Точность производства в машиностроении и» приборостроении. Под ред. А.Н. Гаврилова. — М.: Машиностроение, 1973. 567 е.

116. Фасхиев Х.А. Оценка технико-экономической эффективности инвестиций и новой техники в рыночных условиях / Х.А. Фасхиев // Вестник машиностроения. 1998. - № 8. - С. 36-43

117. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем./ А.П. Филиппов. 2-е изд., перераб. — М:: Машиностроение, 1970. 736 с.

118. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов./ В.И. Фоедосьев. — Учебник для втузов — 9-е изд., перераб. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1986.-512 с.

119. Феодосьев В.И. Избранные, задачи и вопросы по сопротивлению материалов / В.И. Феодосьев/Для втузов / Изд. 4-е, испр. и доп. М.: Наука, 1973.

120. Хасьминский Р.З. Устойчивость систем дифференциальных уравнений при случайных возмущениях их параметров./ Р.З. Хасьминский. — М.: Наука, 1969.-368 с.

121. Хартман К. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов. / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шеффер. — М.: Мир, 1977.

122. Химмельблау Д. Анализ процессов статическими методами. / Д. Химмельблау. М.: Мир, 1973.

123. Эльясберг М.Е. Способ структурного повышения виброустойчивости станка при резании/ М.Е. Эльясберг, В.А. Демченко, И.А. Савинов// Станки и инструмент. 1983. - № 4. - С.З - 7.

124. Эльясберг М.Е. Повышение устойчивости процесса резания при наличии дополнительного касательного контура и действии импульсов на задней поверхности резца/ М:Е. Эльясберг, В.А. Демченко, Т.А. Сидачев// Станки и инструмент. 1986. -№ 3. - С. 30 - 34.

125. Ahn T.Y., Eman K.F., Wu S.M. Cutting Dynamics Identification by Dynamic Data System (DDS) Modeling Approach/ Journal of Engineering for Industry, № 2, 1985. Vol. 107. P. 74-77.

126. Cawley P., Rigner L.G. Rapid Measurement of Modal Properties Using FFT Analyzers with Random Excitation. / Journal of Engineering for Industiy, № 4, 1986.-P. 1-10.

127. Fritzen C.-P. Identification of Mass, Damping and Stiffness Matrices of Mechanical Systems / Journal of Engineering for Industiy, № 1, 1986. P. 1-13.

128. KORLOY. Режущий инструмент. Каталог Korloy Inc. Seocho 1-Dong, Seocho-Gu, Seoul, Korea.

129. Recht R.F. A Dynamic Analysis of High-Speed Machining / Journal of Engineering for Industry, № 4, 1985. P. 309-315.

130. SANDVIK Coromant. Металлорежущий инструмент SANDVIK Coromant. Основной каталог. Точение-Фрезерование-Сверление-Растачивание-Оснастка. 2008. - C-2900:6-RUS/01 © AB Sandvik Coromant, 2007. Типограф. Elanders.

131. SANDVIK Coromant. Новые инструменты от Sandvik Coromant. Дополнение к основным каталогам. Токарный и вращающийся инструмент. 2004:1. С-2900:120-RUS/01 © AB Sandvik Coromant, 2004. 05.

132. Wu D.W., Liu C.R. An Analytical Model of Cutting Dinamics / Journal of Engineering for Industry, № 2, 1985. Vol. 107. - P. 89-100.

133. ТОЧЕНИЕ С ПЕРЕМЕННЫМИ РЕЖИМАМИ РЕЗАНИЯ

134. Установка заготовки в центрах.

135. На рис. П1.1. представлена зависимость величины подачи £ от параметра а, где а = х / £, х расстояние от точки приложения силы до левой опоры заготовки, мм.

136. Рассматривались заготовки диаметром б/, равным 10, 20 и 30 мм. Вылет всех заготовок £ =60 мм.мм/об0,60,50,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -ОД