автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Управление регенеративными автоколебаниями при фрезеровании на основе модуляции скорости резания

На правах рукописи

Свинвн Валерий Михайлович

УПРАВЛЕНИЕ РЕГЕНЕРАТИВНЫМИ АВТОКОЛЕБАНИЯМИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДУЛЯЦИИ СКОРОСТИ

РЕЗАНИЯ

Специальность 05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Иркутск - 2008

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и автоматизация машиностроения» ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» и кафедре «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»

Научный консультант - заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Промптов А И

Официальные оппоненты заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Кабалдин Ю Г

доктор технических наук, профессор Васильков Д В

доктор технических наук, профессор Литовка Г В

Ведущая организация - ОАО «ИркутскНИИХиммаш»

Защита диссертации состоится 22 мая 2008 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 073 02 Иркутского государственного технического университета по адресу 664074, г Иркутск, ул Лермонтова, 83, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета

Автореферат разослан 18 апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

_вм Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Стратегическим направлением развития современного машиностроительного производства является интенсификация технологических процессов с целью повышения их производительности Среди операций механической обработки одно из первых мест по применяемости и объему срезаемого с заготовок металла занимает фрезерование, в первую очередь, торцовое и концевое Использование интенсивных режимов резания при черновом и получистовом фрезеровании сдерживается, главным образом, потерей динамической стабильности технологической системы (ТС) Возникающие автоколебания недопустимо большой амплитуды кроме ограничения производительности резко снижают стойкость инструмента, срок службы оборудования, точность и качество обработанных поверхностей и даже могут приводить к аварийным ситуациям вследствие поломки наименее прочных элементов ТС

Динамическая нестабильность ТС при работе на интенсивных режимах резания обусловлена, главным образом, вторичным возбуждением (регенерацией) автоколебаний под воздействием вибрационного следа на поверхности резания Посредством регенерации в ТС вносится подавляющая доля энергии дня поддержания автоколебаний Очевидно, что для достижения максимальной эффективности управления вторичными автоколебаниями нужно воздействовать непосредственно на сам механизм их регенерации, что требует ясного понимания его природы и закономерностей

В ходе регенерации автоколебаний их фаза относительно колебаний следа устанавливается самопроизвольно независимо от начальных условий, что свидетельствует о самоорганизации ТС Разрушение этой самоорганизации принудительным изменением фазы автоколебаний, например, с помощью периодического плавного изменения (модуляции) скорости резания, отбывает новую возможность эффективного управления динамической стабильностью ТС Тем не менее, исследователи обращали на это обстоятельство второстепенное внимание

В связи с изложенным, изучение механизма регенерации автоколебаний, основных закономерностей этого процесса, определение путей и средств их подавления является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное значение для металлообрабатывающего производства

Цель работы - Создание теоретических основ и технических средств управления регенеративными автоколебаниями при фрезеровании с использованием модуляции скорости резания

Поставленная цель потребовала решить следующие задачи 1 Осуществить анализ механизма регенерации автоколебаний при непрерывной и прерывистой одно- и многолезвийной обработке Вскрыть его физическую сущность, причины и закономерности самоорганизации На этой основе установить возможность управления регенеративными автоколебаниями с помощью внешнего направленного воздействия в виде модуляции скорости резания

2 Разработать аппарат имитационного моделирования колебаний ТС при работе торцовыми и концевыми фрезами, как наиболее широко используемыми инструментами на фрезерных операциях Достоверность моделирования оценить лабораторными исследованиями

3 Провести имитационное моделирование колебаний ТС при торцовом и концевом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания Установить влияние модуляции скорости резания на изменение характера и структуры колебательных процессов Оценить эффективность ее использования в сравнении с известными способами повышения динамической стабильности ТС при фрезеровании

4 Создать технические средства модуляции скорости резания при фрезеровании, обеспечивающие надежное подавление регенеративных автоколебаний в изменяющихся условиях механической обработки Исследовать их кинематические и динамические характеристики для минимизации габаритных размеров и динамических нагрузок

5 Разработать инженерную методику усталостно-прочностного расчета концевых фрез из быстрорежущих сталей

6 Разработать рекомендации по промышленному применению устройств модуляции скорости резания, направленные на достижение максимальной динамической стабильности и высокой производительности процессов концевого и торцового фрезерования

7 Внедрить в производство разработанные устройства модуляции скорости резания и рекомендации по их применению

Методы исследования. Работа представляет собой комплекс теоретических и экспериментальных исследований и компьютерного имитационного моделирования динамики процесса фрезерования Она выполнена с использованием основных положений теорий резания металлов, колебаний, механизмов и машин, упругости, прочности, подобия, вероятности и математической статистики, технологии машиностроения, динамики станков, синергетики, аналитической механики, линейной алгебры, аналитической геометрии, спектрального анализа виброграмм, фрактографии, метода конечных элементов, многофакторного планирования эксперимента

Экспериментальные исследования проведены на прошедшем проверку технологическом оборудовании с использованием известных и оригинальных методик, аттестованной измерительной аппаратуры и применением методов дисперсионного и регрессионного анализа данных Достоверность и обоснованность теоретических исследований и имитационного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями и внедрением результатов работы на ряде промышленных предприятий

Автор защищает: 1 Теоретические положения о физической сущности и закономерностях регенерации автоколебаний при лезвийной обработке, как проявления самоорганизации ТС для минимизации энергетических потерь при осуществлении колебательных движений

2 Обоснование способа управления регенеративными автоколебаниями направленным физическим воздействием на ТС модуляцией скорости резания

3 Рекомендации по выбору оптимальных значений параметров модуляции скорости резания для управления регенеративными автоколебаниями

4 Принципы работы и конструкции механических и электродинамической головок для модуляции скорости резания при концевом фрезеровании и двух-венцовой торцовой фрезы

5 Методику и результаты исследования кинематики и динамики механических головок для однократной и многократной модуляции скорости резания

6 Методики имитационного моделирования на компьютере динамики колебательных процессов концевого и торцового фрезерования с постоянной и модулированной скоростью резания

7 Результаты имитационного моделирования колебаний ТС при концевом и торцовом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания и использовании технических приемов повышения динамической стабильности

8 Результаты исследования распределения механических напряжений в теле рабочей части концевых быстрорежущих фрез и методику их расчета на хрупкую и усталостную прочность

9 Результаты исследования возможностей повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования при работе с модулированной скоростью резания

10 Методики назначения оптимального режима резания концевой фрезой и настройки конструктивных параметров двухвенцовой торцовой фрезы для повышения динамической стабильности и производительности черновой и получистовой обработки путем модуляции скорости резания

Научная новизна работы содержится в следующих результатах

1 Раскрыта физическая сущность и закономерности регенерации автоколебаний при лезвийной обработке Установлен и научно объяснен факт самоорганизации регенеративных автоколебаний, как проявление способности ТС минимизировать энергетические потери при осуществлении колебательных движений

2 Сформированные теоретические представления о физической сущности и закономерностях самоорганизующейся регенерации автоколебаний позволяют прогнозировать условия их возбуждения и подавления Тем самым создана научно-методическая база для разработки способов и технических средств управления динамической стабильностью ТС при различных видах лезвийной обработки, в том числе фрезеровании

3 Разработаны методики и программные средства компьютерного имитационного моделирования динамики процессов концевого и торцового фрезерования при стационарных и нестационарных условиях обработки Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментально

4 С помощью имитационного моделирования установлены характер, взаимосвязи и структура колебательных процессов при фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания Выявлено влияние модуляции скорости резания на подавление автоколебаний

5 Предложены принципы работы и конструктивные решения устройств для модуляции скорости резания при концевом и торцовом фрезеровании, позволяющие преодолеть инерционность шпинделя станка

6 Построены модели кинематики и динамики механических головок для однократной и многократной модуляции скорости резания при концевом фрезеровании, позволяющие анализировать влияние их конструктивных параметров на характеристики модуляции с целью минимизации габаритных размеров и паразитных динамических нагрузок

7 Установлено распределение механических напряжений в теле рабочей части концевых быстрорежущих фрез и предложена методика их расчета на хрупкую и усталостную прочность

8 Определены границы возможного повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования при использовании модулированной скорости резания

9 Разработаны методики выбора режима резания концевой фрезой и настройки конструктивных параметров двухвенцовой торцовой фрезы, обеспечивающие при работе с модулированной скоростью резания допустимый уровень вибрации ТС Они обеспечивают максимальное использование режущих и прочностных возможностей инструмента и заданный критерий оптимальности обработки

Практическая ценность работы

1 Обоснованы пути управления регенеративными автоколебаниями воздействиями на механизм возбуждения дискретными - разношаговость зубьев инструмента и непрерывными - модуляция скорости резания Установлены оптимальные значения параметров этих воздействий,

2 Разработаны рекомендации по выбору оптимальных параметров модуляции скорости резания для управления регенеративными автоколебаниями при одно- и многолезвийной обработке, что позволяет создавать рациональные конструкции технологической оснастки и инструмента

3 Модели кинематики и динамики механических головок для модуляции скорости резания при концевом фрезеровании позволяют находить оптимальные значения их конструктивных параметров, которые обеспечивают компактность конструкции и минимум динамических нагрузок

4 Разработаны конструкции механических и электродинамической головок для однократной и многократной модуляции скорости резания при работе концевыми фрезами и двухвенцовой торцовой фрезы, модулирующей скорость резания Разработки защищены авторским свидетельством и двумя патентами на изобретения

5 Определены границы возможного повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования с модуляцией скорости резания Выявлены условия наиболее эффективного функционирования двухвенцовой торцовой фрезы в режиме противофазных колебаний венцов

6 Установлены причины преждевременного выхода из строя концевых быстрорежущих фрез и разработана методика их расчета на хрупкую и усталостную прочность

7 Разработаны методики назначения режима резания концевыми фрезами при использовании модуляции скорости резания и настройки двухвенцовой торцовой фрезы, обеспечивающие повышение динамической стабильности и производительности черновой и получистовой обработки,

Реализация результатов работы. Выполненные разработки внедрены на машиностроительных предприятиях АО «Читинский машиностроительный завод», ООО «Читинский станкостроительный завод» (г Чита), ФГУП «103 БТРЗ» Министерства обороны РФ (п Атамановка ), ОАО «Завод горного оборудования» (п Дарасун), ОАО «Забайкальский завод подъемно-транспортного оборудования» (ст Оловянная), в учебный процесс Читинского государственного университета в виде учебного пособия, лекционного материала и при подготовке дипломных работ научно-исследовательского направления инженеров-механиков по специальности «Технология машиностроения» Под руководством автора и с использованием основных положений его концепции подготовлены и защищены две кандидатские диссертации

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на 9 международных, 1 всесоюзной, б всероссийских, 3 республиканских и 5 региональных научно-технических конференциях за период 1979 2007 гт в городах Братск, Вологда, Иркутск, Казань, Киев, Комсомольск на Амуре, Новосибирск, Пенза, Ростов на Дону, Самара, Саратов, Свердловск, Улан-Удэ, Ульяновск, Чита, Bratislava, Ohrid

Диссертация в целом доложена и рекомендована к защите на расширенных заседаниях кафедр «Станки» Московского государственного технологического университета (Станкин), «Металлорежущие станки и инструменты» Волгоградского государственного технического университета, «Технология машиностроения» Владимирского государственного и Новосибирского государственного технического университетов

Публикации. По теме диссертации опубликовано 57 печатных работ, из них 8 - в изданиях по списку, рекомендованному Высшей Аттестационной Комиссией, 2 монографии, учебное пособие с грифом Министерства образования РФ, авторское свидетельство и 2 патента на изобретения

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, библиографического списка из 219 наименований и приложения, содержит 342 страницы текста, 180 рисунков и 30 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введенне обосновывает актуальность темы диссертационного исследования, раскрывает его содержание, представляет положения, выносимые на защиту

В первой главе рассмотрен процесс резания как колебательная система Отмечено, что изучение этого явления связано с именами отечественных и зарубежных ученых Амосова И С , Василькова Д В , Городецкого Ю И , Дроздова Н А, Жаркова И Г, Зарса В В , Ильницкого И И, Кабалдина Ю Г, Каширина

А И, Кедрова С С , Кудинова В А , Кучмы Л К , Левиной 3 М , Мурашкина Л С , Мурашкина С Л , Решетова Д Н, Соколовского А П , Шаламова В Г , Эльясберга М Е , Albrecht Р , Arnold R N , Doi S , Fishwick W A , Hanna N H , Hashimoto M, Kato S , Lee A C, Marui E , Mernt H E , Ota H , Radulescu R С , Tlusty J , Tobias S A, Yamada T и других По результатам анализа литературных источников показано, что динамическая нестабильность ТС механической обработки на интенсивных режимах резания определяется преимущественно вторичным возбуждением автоколебаний Регенеративные автоколебания самопроизвольно и независимо от начальных условий устанавливают свою фазу относительно колебаний волнообразного следа на поверхности резания Ответственность за регенеративное возбуждение автоколебаний лежит на нормальных к поверхности резания относительных вибросмещениях инструмента и заготовки Касательные вибросмещения воздействуют на возбуждение автоколебаний только в той мере, в какой они влияют на изменение толщины срезаемого слоя

Управление вторичными автоколебаниями возможно теми же способами, что и первичными повышением жесткости ТС, снижением силовой напряженности процесса резания, демпфированием и рядом других Более эффективным является воздействие на сам механизм регенерации автоколебаний путем искусственного изменения их фазы, которое можно осуществлять подбором неравномерности шага зубьев инструмента или модуляцией скорости резания

В целом усилиями отечественных и зарубежных ученых изучены основные свойства и намечены некоторые пути управления регенеративными автоколебаниями Вместе с тем остаются невскрытыми причины и механизм их самоорганизации В рекомендациях по выбору начальной фазы регенеративных автоколебаний с целью их подавления имеются противоречия, а параметры модуляции скорости резания предлагается назначать опытным путем или полагаясь на интуицию

Изложенное привело к заключению, что регенеративные автоколебания, как фактор, серьезно сдерживающий интенсификацию режимов резания при лезвийной обработке, требуют углубленного изучения для выработки обоснованных предложений по их подавлению Завершением первой главы стало формулирование цели и задач исследования, исходящих из этих предпосылок

Вторая глава посвящена изучению механизма регенерации автоколебаний

Условия их возбуждения с учетом действия запаздывающей обратной связи исследовали на одномассовой линейной модели с одной степенью свободы, которая имитирует строгание многолезвийным блоком (рис 1) Первый зуб инструмента является условным и служит только для создания первичного вибрационного следа Силовое воздействие на ТС от него не учитывали Колебания подсистемы инструмента в направлении, нормальном к поверхности резания, при последовательной работе второго и третьего зубьев описывали дифференциальным уравнением

тх X, X, +СХ X, = -К, (ан +Х,-Хми)-Кг (ач +Х, -Хма), (1)

где тх - приведенная масса ТС, Ьх - коэффициент демпфирования, Сх - жесткость ТС, Кг - жесткость резания в радиальном направлении, ан - номинальная толщина среза, X, - виброперемещение ТС в момент времени I, Х,.г - мгновенная величина вибрационного следа в момент времени те виброперемещение ТС в момент времени /т , 1\2~ время запаздывания зуба 2 относительно зуба 1, т2з - время запаздывания зуба 3 относительно зуба 2

Численные эксперименты были проведены при ширине среза Ъ=5 мм, толщине среза аи = 0,1 мм и скорости резания у=317 м/мин ^=13,476 МН/м, /ил- =10,15 кг, Их =4651 Нс/м, Су=106,7 МН/м Номинальное расстояние между зубьями устанавливали равным длине одной, пяти или семи волн колебаний ТС (А=1, 5, 7) Варьируя это расстояние, создавали одно из четырех значений начального сдвига фаз ср21 между колебаниями следа и ТС 0, -тс/2, -тс, -Зя/2 Решение уравнения в виде виброграмм текущих колебаний ТС и следа получали путем численного интегрирования

Колебания ТС исследовали вначале при однолезвийной обработке (без зуба 3) с небольшой силовой нагрузкой На рис 2 представлены совмещенные виброграммы колебаний ТС и следа при различных значениях к и (рц Как из них следует, независимо от начальных условий после встречи со следом ТС самоорганизует свои текущие колебания, подстраивая их в переходном процессе под колебания следа с опережением на четверть периода путем растягивания длительности или изменения направления первого колебания Если в начальный момент текущие колебания опережают по фазе колебания следа на четверть периода (<р21 = +%/2 = -371/2), то регенеративный эффект максимально усиливает колебательную способность ТС При отставании текущих колебаний от следа на четверть периода (<рц = -я/2) он оказывает стабилизирующее воздействие С уменьшением запаздывания (расстояния между зубьями) степень влияния регенеративного эффекта усиливается

Повышение силового воздействия на ТС при увеличении ширины среза приводит к трансформации затухающих колебаний в незатухающие автоколебания При к= 1 ТС более виброустойчива, чем при к=5 Все параметры регенеративных автоколебаний (амплитуда, частота, установившийся относительно следа сдвиг фаз и время развития) определяются значениями начального сдвига фаз и запаздывания Отсюда вытекает возможность управления динамической стабильностью ТС при высокоскоростной однолезвийной обработке, например точении или растачивании, путем выбора скорости резания, определяющей величины <р 21 и к

Рис 1 Упрощенная динамическая схема ТС при работе двух основных и одного дополнительного зубьев

Далее были исследованы колебания ТС при одновременной работе двумя режущими зубьями с варьированием шага (А-1; 5) при начальных сдвигах фаз ср21 и срз2■ Результаты моделирования показали, что возможность подавления автоколебаний отсутствует при любых значениях <р2} = , т.е. когда многолезвийный инструмент, например фреза, имеет регулярный шаг зубьев.

X. мкм

О

-VVWWV"4'www

0.02 г) 0,04

20

ж)

i^mNfm vwe

с

0

0,02 з) 0,04

U с

Рис. 2. Виброграммы колебаний ТС и следа при различных номинальных расстояниях между зубьями к и значениях начальной фазы qht: а;б;в;г - к~5; д;е - к=1; ж; з - к=7; a- <p2i=0; б - q>2i=-n/2; в-(рц=-л; г- ср21=-3л>2; д-ip2i=-K2;е-tp2i=-3к'2; ж- (рц=п'2,

з - (P2i=-3it/2. еиброперемещения: ---- след

Дестабилизирующее либо стабилизирующее влияние регенеративного эффекта на ТС при различных значениях начального сдвига фаз <р21 объясняется характером изменения толщины среза в первом периоде колебаний переходного процесса. Если колеблющийся зуб встречает колебания следа с опережением на четверть периода (<р2] = -Нгс/2 = -Зтс/2), то при входе в заготовку толщина среза, а, следовательно, и нормальная составляющая силы резания оказываются меньше, чем при выходе. Вследствие этого в ТС вносится энергия, идущая на поддержание автоколебаний. Обратная картина наблюдается при отставании текущих колебаний от следа на четверть периода (<p2i = -я/2). В этом случае происходит расходование энергии ТС, что стабилизирует ее состояние. Встреча зуба со следом в фазе или противофазе не изменяет запаса энергии ТС, который уменьшается только вследствие естественной диссипации при колебаниях.

Самоподстройка регенеративных колебаний к колебаниям следа с опережением на четверть периода обусловлена их родством с вынужденными колебаниями в резонансном режиме. Колебания смещения отстают от колебаний возбуждающей силы (определяемой в нашем случае толщиной срезаемого слоя) на

четверть периода Методами аналитической механики величину фазы (ру можно найти независимо от начальных условий с помощью интегрального вариационного принципа «наименьшего действия» Гамильтона - Остроградского Для ТС, возмущаемой нормальной составляющей силы резания, величина действия по Гамильтону S за период одного колебания определяется после преобразований выражением

S = ~Kra>xA:i г sin <ps,

где Ах и а>х- амплитуда и круговая частота колебаний

Истинному движению системы, соответствующему минимальным энергозатратам на поддержание колебаний, отвечает наименьшее значение величины S при (/>у = -ht/2 (-3 л/2), что и объясняет опережение текущими автоколебаниями следа на четверть волны

По окончании переходного процесса, который обычно длится не более двух -трех колебаний, в ТС вследствие регенеративного эффекта начинает поступать энергия, расходуемая на поддержание автоколебаний С увеличением их амплитуды или уменьшением толщины срезаемого слоя одинарный регенеративный эффект перерождается в многократный, характеризуемый крагным увеличением толщины срезаемого слоя и периодическим выходом инструмента из контакта с заготовкой Повышение кратности регенеративного эффекта сопровождается снижением его возбуждающей способности, выполняющим роль ограничителя амплитуды автоколебаний Регенеративные колебания органически присущи всем ТС обработки резанием по следу Они проявляются в виде либо поддержания собственных затухающих колебаний, либо усиления высших гармоник вынужденных колебаний, близких по частоте к собственной частоте ТС, либо возникновения автоколебаний, если энергия возбуждения превышает ее диссипацию

Различие частот и амплитуд установившихся регенеративных автоколебаний при разных значениях начального сдвига фаз объясняется разной степенью их необходимой подстройки к следу путем растягивания длительности первых в переходном процессе колебаний и резонансными свойствами ТС при изменении этих частот

На основании вышеизложенного можно утверждать, что регенеративные автоколебания представляют собой самоорганизующуюся пространственно-временную диссипативную структуру, соответствующую основным признакам синергетических систем Физическая сущность механизма регенерации автоколебаний заключается, с одной стороны, в самоорганизации наиболее экономного по энергозатратам движения посредством установления их фазы относительно колебаний следа с опережением на л/2, а с другой стороны - обеспечения поступления энергии для их поддержания посредством этой же фазы. С переходом от одинарного регенеративного эффекта к многократному образуется дополнительный механизм самоорганизации автоколебаний, снижающий интенсивность их возбуждения по мере роста амплитуды.

Установленный синергетический характер регенеративных колебаний от-

крывает новые пути управления ими в дополнение к традиционным - повышению жесткости и демпфирующей способности ТС или снижению силовой напряженности процесса резания Поскольку эти колебания всегда подстраиваются к следу, причем на это затрачивается запасенная энергия, то для их подавления необходимо поставить ТС в такие условия, при которых процесс подстройки происходит постоянно Наиболее устойчивый результат гашения регенеративных колебаний дает принудительное создание переменного периода волны на поверхности резания периодически плавно изменяемой, т е гармонически модулированной скоростью резания

Моделирование показало, что принудительная модуляция скорости резания, задаваемая кинематически, полностью подавляет регенеративные автоколебания многозубого инструмента на частотах, примерно равных частоте автоколебаний и последовательного двукратного ее уменьшения Требуемая для гашения автоколебаний относительная глубина модуляции с ростом частоты увеличивается практически прямо пропорционально На практике реализации такого режима движения в ТС препятствует инерционность ее элементов, например, при торцовом фрезеровании - шпинделя и инструмента Это затруднение предложено устранить, сообщая переменную скорость резания только четным зубьям, закрепленным на легком корпусе, которые образуют дополнительный касательный контур Смежные режущие зубья при этом имеют разные скорости Полное подавление регенеративных автоколебаний при таком решении начинается с самых малых частот принудительной модуляции скорости резания Как и в предыдущем случае, ее требуемая глубина увеличивается почти прямо пропорционально с ростом частоты

Для принудительной модуляции скорости резания в приводе главного движения станка необходимо наличие специального устройства Модуляцию скорости можно получить и естественным путем в ходе прерывистого резания вследствие податливости кинематической цепи главного движения Однако численные эксперименты с варьированием жесткости основного касательного контура показали, что естественная модуляция скорости резания, совершаемая на частоте входа зубьев инструмента в заготовку, не приводит к существенному уменьшению колебаний, нормальных к поверхности резания

В связи с этим было решено создать условия для естественной модуляции скорости только четных зубьев, т/тельными степенями свободы в направ- расположенных на легком венце (рис лении скорости резания 3) Практическая реализация такого

решения позволяет в максимальной

ТС при работе двух основных и одного вспомогательного зубьев с двумя допол-

степени минимизировать динамические нагрузки привода главного движения, вызваемые модуляцией скорости резания

Посредством изменения массы и жесткости С-¿2 варьировали собственную частоту /с2 этого контура Дополнительный упругий касательный контур позволяет радикально (до 97%) снизить уровень регенеративных автоколебаний, если его жесткость не превышает 106 Н/м Равенство частот автоколебаний и/с2 расширяет допустимый диапазон С22

Параметры принудительной или естественной модуляции скорости резания (характер, относительная частота е1 =/сри относительная глубина^ = Аг/у,

где /ср - средняя частота вращения инструмента или заготовки) должны обеспечивать, с одной стороны, надежное подавление автоколебаний, а с другой стороны - минимум дополнительных динамических нагрузок в приводе главного движения станка В наибольшей степени этим требованиям отвечает модуляция скорости по гармоническому закону

Оптимальная относительная частота модуляции е/"т, обеспечивающая максимальную разность мгновенных скоростей при прохождении лезвием одного и того же участка поверхности резания на предыдущем и последующем оборотах заготовки или соседними зубьями инструмента, оказалась равной половине числа режущих элементов инструмента для всех видов лезвийной механообработки Для инструментов с дополнительным касательным контуром, несущим четные зубья, ее величина в два раза меньше Отклонение еу от оптимального значения как в сторону увеличения, так и уменьшения приводит к возрастанию требуемой е„ Величина последней зависит от соотношения колебательных свойств ТС и объема энергии возбуждения, вносимой механизмом регенерации колебаний, который требуется расстроить Она определяется по результатам натурных экспериментов или их имитационного моделирования на компьютере Использование величины е„ большей, чем необходимо для подавления автоколебаний, может привести к их повторному возбуждению

Установленное единство физической сущности механизма регенерации автоколебаний и универсальность значения оптимальной относительной частоты модуляции скорости резания для их подавления при разных видах лезвийной обработки создают предпосылку к общему методологическому подходу при разработке способов повышения стабильности ТС и средств их технической реализации

Третья глава отведена разработке методик имитационного моделирования динамики концевого и торцового фрезерования, основанных на дискретизации времени протекания процесса обработки, длины режущих лезвий инструмента, их положения относительно заготовки, объема срезаемого металла и действующих сил резания

При концевом фрезеровании автоколебания возникают обычно в форме изгиба инструмента Модель виброперемещений фрезы в системе координат станка или вращающейся вместе с ней системе координат (ТгХду^ (рис 4) представлена дифференциальными уравнениями

т Х + к Х+С Х = Рх, т2+к2+Сг=Рг,

Рис 4 Доминирующая колебательная система при концевом фрезеро-вант Сх, Сх - изгибная жесткость фрезы по соответствующим осям, Ах, кг-коэффициенты демпфирования фрезы

где т - приведенная масса, /г- коэффициент демпфирования, С-изгибная жесткость фрезы, X,2- виброускорения, Х,Х-виброскорости, Х,2- виброперемещения, РХ,Р2- мгновенные значения проекций силы резания на оси х0 и г0 или х} и z^ Численные значения последних получали суммированием сил резания, действующих на элементарных участках режущих лезвий Для этого каждый у-ый зуб фрезы на ширине фрезерования В условно представляли состоящим из ряда / узких режущих элементов Угловое положение /-того элемента у-того зуба фрезы определяет

условие его контакта с заготовкой

На основе разработанной модели создана вычислительная программа, которая выдает графики изменения во времени составляющих силы резания и виброперемещений фрезы в обеих системах координат, а также крутящего и изгибающего моментов во вращающейся системе координат 01х,у121

Процесс торцового фрезерования сопровождается пространственными вибрациями в зоне резания, что значительно осложняет аналитическое определение мгновенных значений параметров срезаемого слоя Поэтому в модели торцового фрезерования принят другой подход к их определению Волнообразный след учитывали не в виде поправки на толщину среза, а использовали фактическое положение в пространстве поверхности резания, сформированной предыдущим зубом В этом случае параметры срезаемого слоя с учетом текущих виброперемещений элементов ТС и колебаний волнообразного следа определяются пересечением поверхности резания с передней поверхностью зуба инструмента Для математического решения этой задачи поверхность резания представляли совокупностью точек, пространственные координаты которых могут быть определены Срезаемый слой материала заготовки отображается в виде регулярной пространственной матрицы точек с известными координатами Структурная схема динамической системы фрезерного станка представлена в виде, приведенном на рис 5 На схеме отражены основные объекты ТС упругая система станка, инструмент, заготовка и процесс резания Объект «упругая система» включает в себя все узлы станка, инструмент, заготовку и происходящие в них процессы перемещения, трения и упругого деформирования Он представлен двумя основными подсистемами инструмента и заготовки Те, в свою очередь, состоят из нескольких колебательных контуров, расположенных в пространстве вдоль координатных осей, а подсистема инструмента дополнительно содержит крутильный контур, отражающий колебания кинематической цепи привода главного движения Входными воздействиями для этого объекта служат составляющие силы (Рх, Рг, Рг) и момента резания (МР), действующие между инструментом и заготовкой, а также текущее (модельное) время определяющее рабочие движения, кинематику и динамику ТС Выходом «упругой

системы» являются кинематические характеристики движения звеньев колебательных контуров инструмента (Хь Уъ Z^, <рь уХ1, Утл ^гь а>д и заготовки (перемещения Хз, У2, 7,2, СКОрОСТИ УХ2, Уу2, VZ2)

Параметры колебаний инструмента и заготовки

МР

Т7-Г

Рх

Процесс резания

Ухз

Уз

Угз

¿3 VzЗ

со3

Инструмент

X,

Ух1

Г, Ун

Уя

Ч>1

(О,

1-х

Х2

Ухг

УГ2

Контур X Контур У Контур Ъ Крутильный контур Контур X Контур У Контур Ъ

1 Г \ т Т Т I

Подсистема инструмента Подсистема заготовки

Упругая система металлорежущего станка

Параметры микро и макрогеометрии обработанной поверхности

Рис 5 Структурная схема динамической системы фрезерного станка

Инструмент введен в структурную схему отдельным объектом для преобразования кинематических характеристик движения базовых поверхностей фрезы (Х;,7;, 2¡, <Р1, уХ], Уп» у2ь со1) в выходные параметры положения вершин ее зубьев (Хз, У3, '¿з, <рз) и скоростей их абсолютного движения (ухз, Ууз, Vгз, Юз)

Объект «процесс резания» отражает формоизменение заготовки как некоторого объема материала, подвергающегося механическому воздействию более твердыми и недеформируемыми режущими кромками инструмента, совершающего рабочие движения относительно заготовки Входом объекта «процесс резания» являются кинематические характеристики движения заготовки и вершин зубьев инструмента, а выходом - составляющие силы и момент резания

На основании структурной схемы имитационную модель динамики процесса торцового фрезерования представили совокупностью трех моделей упругой системы станка, инструмента и процесса резания Модель каждого объекта динамической системы включает в себя описание входных и выходных параметров, а также связывающие их основные зависимости

Значения составляющих силы и момента резания, действующих в данный момент времени между инструментом и заготовкой, определяли суммированием проекций на координатные оси станка сил резания от всех участвующих в работе зубьев Их использовали для численного интегрирования дифференци-

альных уравнений колебательной системы станка методом Рунге-Кутта четвертого порядка, который обладает достаточно высокой точностью и малой склонностью к возникновению неустойчивости решения

В процессе имитационного моделирования происходят дискретные изменения модельного времени, в течение которого исполнигельные органы станка получают дискретные кинематические перемещения Имитация сопровождается накоплением в отдельных файлах данных об изменении составляющих силы и момента резания, кинематических и динамических параметрах движения отдельных элементов упругой системы, а также данных о геометрии обработанной поверхности На основе разработанной математической модели создан программный комплекс для автоматизированного расчета изменения во времени составляющих силы и момента резания, а также виброускорений, виброскоростей и виброперемещений элементов ТС

Достоверность работы моделирующих программ оценивали по степени совпадения расчетных и экспериментальных виброграмм ТС, полученных при концевом и торцовом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростями резания на горизонтально-фрезерном станке мод 6М82ГБ Модуляцию скорости резания осуществляли с помощью специально спроектированных и изготовленных фрезерной головки и двухвенцовой торцовой фрезы

Фрезерная головка представляет собой механический вибратор кинематического типа За один оборот инструмента (£/ = 1) она создает однократную модуляцию скорости вращения с относительной глубиной до 60% Принцип работы головки поясняет кинематическая схема, представленная на рис 6 Регулируемый эксцентриситет положения промежуточного диска 9 обуславливает знакопостоянную модуляцию скорости вращения инструмента 15 при равномерном вращении шпинделя 12 вследствие периодического изменения взаимного углового положения тяг ведущей 2 и ведомой 3, котторые соединяют соосные гильзы наружную 13 и внутреннюю 6

Основная идея конструкции торцовой фрезы для работы с модулированной скоростью резания заключается в том, что она состоит из двух соосных звездообразных венцов с чередующимися зубьями Упругая связь между венцами обеспечивает возможность их периодического взаимного углового смещения во время работы В результате скорости резания смежных зубьев при их прохождении одного и того же участка обрабатываемой поверхности будут различными Экспериментальная конструкция торцовой фрезы представлена на рис 7 Она состоит из двух венцов 1 и 2 с режущими зубьями 10 Венец 2 неподвижно закреплен на шпинделе станка Венец 1 установлен в венце 2 на шариковом подшипнике 7 и связан с ним посредством цилиндрических винтовых пружин растяжения 9 Пружины расположены в два ряда по обеим сторонам диска с разной направленностью для взаимной компенсации начального растяжения Одним концом они закреплены на диске 3, соединенным неподвижно с венцом 2, а другим - на коронке 8, установленной на подвижном венце 1 Управление величиной крутильных колебаний подвижного венца 1 во время работы и настройка его начального смещения, обеспечивающая требуемую разность шагов зубьев, осуществляют подбором жесткости и длины пружин 9

К 130

0 140

Рис 6 Фрезерная головка для однократной модуляции скорости резания и ее кинематическая схема 1 - корпус, 2,3 - тяги, 4,5 - гайки, б - внутренняя гильза, 7 — разрезная гайка, 8 - палец, 9 — промежуточный диск, 10 - подшипник, 11 - обойма, 12 - шпиндель станка, 13 - наружная гильза, 14 - винт, 15 - фреза

Для ограничения крутильных колебаний подвижного венца 1 в конструкции предусмотрен резиновый демпфер 4, который прижимается конической поверхностью к подвижному венцу посредством крышки 5 и винтов 6. Для сравнительной оценки эффективности работы созданной фрезы конструктивные и геометрические параметры ее зубьев выполнены аналогичными параметрам зубьев стандартной торцовой фрезы по ТУ- 2-035618-78 диаметром 160 мм.

В качестве обрабатываемых материалов были выбраны стали 45 и 12Х18Н9Т в состоянии поставки. Режущие инструменты для экспериментов представлены концевыми фрезами по ГОСТ 17026-71 из быстрорежущей стали Р6М5 диаметром 20, 22 и 28 мм и торцовыми фрезами диаметром 160 мм с десятью тангенциально расположенными сменными режущими пластинами из твердого сплава КНТ-16: стандартной по ТУ 2-035-618-78 и двухвенцовой.

Экспериментальные виброграммы ТС получали путем регистрации колебаний заготовки и инструмента в направлениях вертикальном .и продольной подачи Колебания заготовки измеряли контактным способом двумя закрепленными на ней пьезоэлектрическими акселерометрами мод. 1ПА-9. Для измерения колебаний инструментов использовали бесконтактную аппаратуру на основе токовихревых датчиков. Для регистрации колебаний концевых фрез на переднем торце их рабочей части образовывали измерительные поверхности в виде поясков диаметром 10 мм и длиной 11 мм. За колебания торцовых фрез

Рис. 7. Экспериментальная двухвенцовая торцовая фреза

принимали колебания переднего конца шпинделя В дополнение к виброграммам колебаний ТС с поверхностей заготовок, обработанных торцовым фрезерованием, снимались профилограммы в направлении продольной подачи с помощью профилографа - профилометра мод 252 завода «Калибр»

Для получения расчетных виброграмм требовалось знать параметры упругой системы станка и инструмента и силы резания Параметры упругой системы устанавливали с помощью осциллограмм свободных затухающих колебаний ее элементов и по результатам измерения статической жесткости кинематической цепи главного привода и по координатным направлениям станка Зависимости составляющих силы резания окружной Р,, радиальной Рг и осевой Рос от параметров срезаемого слоя и скорости резания были получены экспериментально при точении и концевом фрезеровании сталей 45 и 12Х18Н9Т

Сравнение расчетных и экспериментальных виброграмм колебаний инструмента и заготовки показало, что расхождение по амплитудам виброперемещений и виброускорений не превышает 22%, что можно считать вполне удовлетворительным Это позволило сделать вывод, что созданные математические модели динамики процессов фрезерования адекватно в качественном и количественном отношении отражают сущность колебательных процессов и могут быть использованы для изучения вибраций ТС и оценки эффективности методов управления ими

В четвертой главе описаны результаты имитационного моделирования колебаний ТС при фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания

Колебания ТС при концевом фрезеровании исследовали применительно к условиям черновой обработки плоскости заготовок из сталей 45 и 12Х18Н9Т периферийными зубьями инструмента (Р6М5, д= 28 мм, 2=4) В программу вошли встречное и попутное фрезерование, а также прорезание паза на горизонтально-фрезерном станке мод 6М82ГБ (В=3 20 мм, 14 и 28 мм, ^=0,02 ОД мм/зуб, у=22,0 55,4 м/мин) Параметры однократной модуляции скорости резания задавали в пределах 0 40%

В результате было установлено, что черновая и получистовая обработка концевыми фрезами с большими глубинами резания сопровождается вынужденными изгибными колебаниями и автоколебаниями инструмента (рис 8) Амплитуда автоколебаний не постоянна Она имеет характер биений с «зубцо-вой» частотой фрезы Интенсификация режима резания при концевом фрезеро-

_ Рис 8 Виброграммы колебаний концевой

фрезы в направлении подачи Х0 ивнаправле-~~ нии, нормальном подаче, 1о при обработке — плоскости заготовки из стали 45 Фрезеро-^ вание встречное (1=28мм,г—4^=14мм, ~*" В=12мм, 1 мм/зуб, у=35,2м/мин

вании приводит к увеличению амплитуды автоколебаний Модуляция скорости резания оказывает на регенеративные автоколебания, в целом, значительное демпфирующее воздействие (рис 9) Вместе с тем с увеличением глубины мо-

дуляции подавление вибраций происходит немонотонным образом При малых толщинах среза может иметь место и обратный эффект Поэтому в случае использования концевых фрез модуляцию скорости резания целесообразно применять, прежде всего, для повышения динамической стабильности процессов чернового и получистового фрезерования

Рис 9 Влияние глубины модулями скорости резания гу на амплитуды автоколебаний Ах и Аг концевой фрезы при обработке стали 45 а-в направлении подачи, б - в направлении, нормальном подаче Фрезерование по подаче, ¡=14мм, 82=0,06мм/зуб, у=55,4м/мин, 1-В = 12мм, 2-В = 20мм

Моделирование колебаний ТС при торцовом фрезеровании проводили для условий обработки на станке мод 6М82ГБ заготовки из стали 45 стандартной твердосплавной фрезой (<И= 160 мм, г=10) Режимы резания варьировали в следующих пределах В-50 150 мм, Р=\ 10 мм, = 0,05 0,15 мм/зуб, у=158 317 м/мин («=315 630 об/мин)

Для выявления характера и структуры колебательных процессов, происходящих в ТС, был проведен анализ виброграмм и спектров колебаний в направлении подачи подсистем инструмента и заготовки и крутильного контура шпинделя с использованием установленных закономерностей регенерации автоколебаний при лезвийной обработке С их помощью по виброграммам и частотным спектрам установлен характер колебаний отдельных подсистем, условия возбуждения и подавления автоколебаний, взаимное влияние подсистем

Результаты показали, что структура колебательных процессов при торцовом фрезеровании значительно сложнее, чем при концевом Разнообразие динамического поведения ТС определяется, в основном, взаимодействием изгибной и крутильной подсистем шпинделя с инструментом В зависимости от уровня возникающих при обработке сил резания в ТС складывается одна из трех структур колебательных процессов

• при чистовой обработке во всех колебательных контурах ТС происходят вынужденные колебания на частоте входа зубьев фрезы в заготовку,

• при черновой и получистовой обработке на нижних частотах вращения шпинделя в одном или реже нескольких колебательных контурах изгибных подсистем инструмента и заготовки возникают автоколебания с собственны-

ми частотами подсистем, увеличенными влиянием жесткости резания, в остальных контурах подсистем ТС происходят вынужденные колебания на частоте входа зубьев фрезы в заготовку,

• при черновой и получистовой обработке на верхних частотах вращения шпинделя торцовыми фрезами средних и больших диаметров в приводе главного движения устанавливаются крутильные автоколебания Они доминируют в ТС и вызывают на своей частоте интенсивные вынужденные, в том числе резонансные, колебания изгибных подсистем инструмента и заготовки Если частота крутильных автоколебаний не совпадает с «зубцовой» частотой фрезы, то вызванная ими модуляция скорости резания препятствует возбуждению автоколебаний в изгибных подсистемах инструмента и заготовки Основной причиной снижения динамической стабильности ТС при фрезеровании является регенеративное возбуждение колебаний, инициируемое, в первую очередь, резким изменением силового воздействия при входе зубьев в заготовку и выходе из нее Как следствие, на интенсивных режимах резания в изгибных подсистемах шпинделя и несущей системы станка, а также в крутильных подсистемах привода главного движения и подачи могут усиливаться высшие гармоники вынужденных колебаний, имеющие частоты, близкие к собственным частотам подсистем С увеличением силовой напряженности процесса резания они перерождаются в регенеративные автоколебания

Глубокое и непрерывно меняющееся воздействие на механизм регенерации автоколебаний создает двухвенцовая фреза Оно реализуется посредством самопроизвольно возникающей модуляции угловой скорости подвижного венца, являющегося дополнительным касательным контуром в конструкции инструмента Поэтому ее использование взамен стандартной фрезы позволяет получать устойчивый результат повышения динамической стабильности ТС на всех режимах резания Численные эксперименты показали, что применение этой фрезы позволяет снизить размах изгибных автоколебаний шпинделя с инструментом до четырех раз, а вынужденных колебаний заготовки - до десяти раз

Демпфирующее воздействие дополнительного касательного контура зависит от двух его основных параметров - жесткости упругой связи С„ и начального окружного смещения у/е подвижного венца относительно корпуса фрезы (рис 10) Эти параметры непосредственно связаны с нестационарностью процесса резания первый из них определяет глубину модуляции скорости резания, а второй - разношашвость зубьев Наиболее благоприятные условия для подавления автоколебаний ТС создаются в режиме противофазных крутильных колебаний венцов фрезы автоколебаний или вынужденных Эти условия обеспечиваются подбором параметров фрезы Се и у,. ,как двухмассовой колебательной системы с двумя степенями свободы, в соответствии с закономерностями возбуждения регенеративных автоколебаний

1000 2000 3000 4000 5000 №00 7000 8000 9000 НО4 1.110*

С., Н-м/рад

Рис. 10. Влияние жесткости упругой свят Св и начального смещения подвижного венца

двухвенцовой торцовой фрезы на размах колебаний изгибист подсистемы инструмента в направлении подачи Яхи- Фрезерование симметричное: (1 160 мм. 1=10. В=120мм, 1=6 мм, 1 мм/зуб, п=315 об/мин

Для сопоставительной оценки были рассмотрены технические приемы, используемые для повышения динамической стабильности процесса торцового фрезерования. Эффективность наиболее известных из них оценили на примере обработки плоскости стальной заготовки (5=120 мм, ¡=6 мм, =0,1 мм/зуб, я=315...630 об/мин) торцовыми фрезами с теми же конструктивно-геометрическими параметрами, что и на предыдущем этапе исследования.

В результате установлено, что попутная схема торцового фрезерования по сравнению со встречной при работе в нижнем диапазоне частот вращения шпинделя обеспечивает снижение размаха изгибных колебаний подсистемы инструмента по всем координатным направлениям на 40...50%. На верхних частотах вращения шпинделя обе схемы фрезерования по уровню виброактивности подсистемы инструмента практически равнозначны.

Установка добавочного диска массой 11,66 кг на оправку торцовой фрезы не позволила улучшить динамику процесса фрезерования. Использование этого приема привело к тому, что при уменьшении крутильных колебаний привода главного движения и изгибных колебаний подсистем инструмента и заготовки в продольном и поперечном направлениях одновременно резко увеличились колебания этих подсистем в направлении оси инструмента.

Применение торцовых фрез с регулярной разношаговостью зубьев для повышения динамической стабильности ТС эффективно в верхнем диапазоне частот вращения шпинделя в связи с частичным ослаблением его крутильных автоколебаний. При работе на нижних частотах вращения шпинделя они способствуют подавлению изгибных автоколебаний подсистемы инструмента и вынужденных колебаний подсистемы заготовки в меньшей степени.

Групповая схема резания, реализуемая в ступенчатых торцовых фрезах, обеспечивает уменьшение силы резания и более равномерное распределение ее частотного спектра по сравнению со стандартными фрезами. Однако повышение динамической стабильности обработки достигается только при благопри-

ятном сочетании колебательных свойств ТС, конструктивных параметров инструмента и режима резания, что может быть достигнуто не во всех случаях

Эффективность двух последних способов объясняется тем, что они связаны с непосредственным воздействием на механизм регенерации автоколебаний Тем не менее, и эти способы по своим возможностям не могут конкурировать со способом подавления регенеративных автоколебаний модулированием скорости резания

Пятая глава посвящена описанию и исследованию кинематических и динамических характеристик промышленных конструкций фрезерных головок для закрепления концевых фрез и двухвенцовых торцовых фрез, обеспечивающих модулирование скорости резания

Фрезерные головки механического и электродинамического типов представляют логическое развитие конструкции экспериментальной головки, описанной в третьей главе, но в отличие от нее создают многократную модуляцию скорости резания с глубиной, необходимой для эффективного подавления автоколебаний при работе инструментами с числом зубьев более трех

Они автономны, компактны и могут использоваться не только на универсальных, но и на многоцелевых станках фрезерно-сверлильно-расточного типа с автоматической сменой инструмента В них отсутствует дисбаланс вращающихся частей, что положительно сказывается на точности и качестве обработки, а также долговечности деталей шпиндельной группы и несущей системы станка Конструкция электродинамической фрезерной головки позволяет осуществлять плавное изменение глубины модуляции скорости резания в процессе работы, обеспечивая условия гашения автоколебаний, адекватные их интенсивности Поэтому электродинамическую головку можно использовать в адаптивных системах управления металлорежущими станками

Двухвенцовая торцовая фреза была также модернизирована для повышения надежности и удобства эксплуатации на производстве Два ее промышленных варианта отличаются от экспериментального тем, что упругая связь венцов осуществляется пружиной в виде разрезного кольца, размещенного между ними Такое техническое решение существенно упрощает настройку жесткости упругой связи и начального углового смещения подвижного венца В первом промышленном варианте конструкции фрезы венцы связаны подшипником скольжения, а во втором, показанном на рис 11,- двумя радиально-упорными роликоподшипниками с возможностью регулировки натяга между ними по мере износа Это увеличивает жесткость и долговечность инструмента

С целью минимизации габаритных размеров и динамических нагрузок при работе, а также получения данных для прочностного расчета звеньев разработаны на основе векторного метода и доведены до программного продукта математические модели определения кинематических и динамических характеристик головок Исследование этих характеристик при имитационном моделировании работы головок позволило выработать рекомендации по выбору оптимальных значений их конструктивных параметров

А-Л АХБ

Рис. 11. Двухвенцовая торцовая фреза

В шестой главе рассмотрена прочность концевых фрез из быстрорежущей стали, как фактор, сдерживающий возможность применения обработки с повышенными режимами резания, которые обеспечивает модулирование скорости резания.

Изучение причин преждевременных отказов концевых быстрорежущих фрез, проведенное в производственных условиях, показало, что наиболее частой является поломка рабочей части в зоне начала выхода стружечной канавки на шейку, которая носит усталостный характер. Исследованиями, осуществленными поляризационно-оптическим методом, установлено распределение нормальных напряжений в рабочей части концевой фрезы. С привлечением методики А.Л. Кириленко, основанной на рассмотрении деформации волокон естественно закрученного стержня., проведен расчет касательных и нормальных напряжений от действия крутящего момента и осевой силы резания фрез с числом зубьев от трех до пяти. Полученные результаты позволяют найти значения

этих напряжений в опасных точках поперечного сечения фрезы при известных значениях силы резания

По результатам исследований предложена инженерная методика расчета концевых фрез на усталостную прочность по предполагаемую числу циклов на-гружения за весь период эксплуатации с проверкой на хрупкую прочность при кратковременных перегрузках Необходимый для этого математический аппарат представлен в реферируемой работе, а также в монографии «Фрезерование с модулированной скоростью резания» [2]

Седьмая глава посвящена раскрытию возможности повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования при черновой и получистовой обработке на основе использования модулированной скорости резания

С помощью имитационного моделирования определены условия эффективного применения модулированной скорости резания при работе концевыми фрезами Показано, что каждому значению скорости резания соответствует определенная глубина ее модуляции, при которой достигается наибольшая стабильность процесса, а в связи с этим и наибольшая производительность концевого фрезерования С увеличением подачи положительное влияние модулированной скорости резания на стабильность и производительность обработки постоянно усиливается Эффективность использования модулированной скорости резания максимальна при обработке плоскости со встречной подачей (повышение производительности в 2,3 раза) и минимальна при получении паза (повышение производительности в 1,7 раза)

Сопоставительными экспериментами установлено, что торцовое фрезерование с модулированной скоростью резания позволяет снизить вибрации подсистемы инструмента на 55 75%, подсистемы заготовки на 32 72%, уменьшить шероховатость обработанной поверхности на 28 55%, увеличить объем срезаемого металла на 11 75% На режимах обработки, создающих высокий уровень вибраций, двухвенцовая фреза позволяет работать с максимальной глубиной резания, допускаемой приводом главного движения станка Некоторые конкретные значения индекса повышения производительности И„ концевого фрезерования при использовании модулированной скорости резания представлены в таблице

Исходя из особенностей процесса фрезерования с модулированной скоростью резания предложены методики выбора параметров режима резания при концевом фрезеровании и настройки двухвенцовой торцовой фрезы, ориентированные на повышение динамической стабильности и производительности обработки и максимальное использование прочностных возможностей концевых фрез

В заключительной части главы приведены документально подтвержденные примеры интенсификации обработки большого числа разнохарактерных деталей с использованием разработанных фрезерных головок и двухвенцовых торцовых фрез Опыт их эксплуатации на ряде машиностроительных предприятий показал, что созданные конструкции обеспечивают уверенное подавление вибраций и обладают высокой надежностью Особо значимые результаты по-

лучены при обработке деталей пониженной жесткости, при фрезеровании труднодоступных поверхностей, требующих увеличенного вылета режущего инструмента Процессы концевого и торцового фрезерования деталей с модулированной скоростью резания внедрены в производство с экономическим эффектом более 980 тысяч рублей

Таблица

Индекс повышения производительности Ип концевого фрезерования при использовании модулированной скорости резания

Скор рез V, м/мин Относительная глубина модуляции скорости резания еу , %

10 | 20 | 30 | 40

Подача на зуб Эг, мм/зуб

0,02 | 0,06 | 0,1 | 0,02 | 0,06 | 0,1 | 0,02 | 0,06 | 0,1 | 0,02 | 0,06 | 0,1

Фрезерование плоскости навстречу подаче, 1 = 14мм

22,0 0,75 0,75 1,00 1,00 1,67 1,67 1,00 1,00 1,50 2,00 2,00 2,00 1,50 1,67 1,75 2,00 2,33 2,00 1,75 1,50 1,50 2,00 2,00 2,00

35,2 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33 133 1,25 1,00 1,50 1,67 2,33 1,67 1,25 1,25 1,75 2,00 2,33 2,00 2,00 1,50 1,50 1,67 2,33 2,33

55,4 1,00 1,33 1,33 1,00 1,33 1,33 1,75 1,67 2,00 2,00 2,00 2,00 1,75 2,00 2,33 2,00 2,33 2,00 2,25 2,33 2,00 1,67 2,33 2,00

Фрезерование плоскости по подаче, 1 = 14мм

22,0 0,71 1,00 100 1,00 100 1,00 0,71 0,80 1,25 1,50 1,75 1,75 0,71 1,00 1,50 1,50 1,75 1,50 0,71 1,00 1,50 1,50 1,75 1,75

35,2 0,67 0,67 1,00 1,00 1,00 1,00 0,83 0,83 1,50 1,50 1,75 1,75 1,00 0,83 1,75 1,75 1,75 1,75 1,00 1,00 1,75 1,75 2,00 2,00

55,4 0,80 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,20 1,50 1,75 1,75 1,50 1,50 1,60 2,00 2,00 1,75 2,00 2 00 1,80 2,00 2,00 2,00 1,75 1,75

Фрезерование паза, 1 = 28мм

22,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33 1,00 1,00 1,33 1,33 1,67 1,33 1,00 1,00 1,67 1,67 1,67 1,67

35,2 1,00 1,00 1,00 1,00 1ДЮ 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33 1,33 1,33 1,00 1,00 1,33 1,33 1,33 1,33 1,00 1,00 1,67 1,33 1,33 1,33

55,4 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33 1,00 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33 1,00 1,00 1,00 1,00 1,33 1,33

Примечание В числителе приведены значения индекса производительности при обработке стали 45, в знаменателе - стали 12Х18Н9Т

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Установлены основные закономерности функционирования и физическая сущность одинарной и многократной регенерации колебаний при одно- и многолезвийной обработке металлов резанием Регенеративные автоколебания представляют собой самоорганизующуюся пространственно-временную дис-сипативную структуру, соответствующую основным признакам синергетиче-ских систем Физическая сущность механизма регенерации колебаний заключается, с одной стороны, в самоорганизации движения ТС, наиболее экономного

по расходованию энергии посредством установления их фазы относительно колебаний следа с опережением на тс/2, а с другой стороны - обеспечения поступления энергии для их поддержания посредством этой же фазы

2 Регенеративные колебания могут возникать при всех видах обработки резанием и любом возмущении в виде автоколебаний, если энергия возбуждения превышает ее диссипацию, высших гармоник вынужденных колебаний, близких по частоте к собственной частоте ТС, затухающих колебаний на этой частоте В связи с этим регенеративный механизм следует отнести к наиболее важным причинам возникновения вибраций при резании Особо это относится к процессу фрезерования, при котором всегда присутствует первичный вибрационный след, вызываемый возмущениями технологической системы в начальный и конечный моменты контакта зубьев инструмента с заготовкой

3 Синергетический характер регенеративных колебаний в дополнение к традиционным способам (повышение жесткости и демпфирующей способности ТС, снижение силовой нагрузки) открывает новые пути управления ими Наиболее устойчивый результат гашения регенеративных колебаний дает принудительная модуляция скорости резания Задаваемая кинематическим путем, она может полностью подавить регенеративные колебания многозубого инструмента на частотах, примерно равных частоте автоколебаний, и последовательного двукратного ее уменьшения Этот принцип реализован в конструкциях фрезерной головки, предназначенной для крепления концевых фрез, и торцовой фрезы Большая инерционность массивного инструмента, препятствующая модуляции скорости резания, преодолена созданием двухвенцовой конструкции, в которой изменяющуюся скорость резания сообщают зубьям, размещенным через один на легком корпусе

4 Для обеспечения максимальной эффективности применения метода гашения регенеративных автоколебаний модуляцией скорости резания определены оптимальные параметры модуляции характер, относительные частота и глубина Установлено, что для всех видов лезвийной механообработки оптимальная относительная частота модуляции скорости резания имеет универсальное значение, равное половине числа зубьев инструмента

5 Разработаны методики и алгоритмы имитационного моделирования динамики процессов концевого и торцового фрезерования при работе с постоянной и модулированной скоростями резания, реализованные в виде программного обеспечения ПЭВМ Достоверность моделирования подтверждена натурными экспериментами

6 Установлено, что динамика процесса концевого фрезерования определяется, главным образом, вибрациями изгибной подсистемы инструмента Их исследование, проведенное методом имитационного моделирования, позволило установить характер и степень влияния элементов режима резания на возбуждение регенеративных автоколебаний при черновой и получистовой обработке Модуляция скорости резания значительно демпфирует автоколебания, позволяя снизить их амплитуду до допустимого уровня Однако при работе с тонкими срезами (малой подачей), когда одинарный регенеративный эффект уступает место многократному, она не эффективна, поскольку увеличение ее глубины

приводит к росту амплитуды автоколебаний Следовательно, модуляцию скорости резания целесообразно использовать, в первую очередь, для повышения динамической стабильности процесса концевого фрезерования при черновой и получистовой обработке

7 Динамика процесса чернового и получистового торцового фрезерования значительно сложнее, чем концевого Ключевую роль в установлении многообразия структур пространственных колебаний подсистем инструмента и заготовки играет взаимодействие крутильной и изгибной подсистем шпинделя с инструментом При работе торцовыми фрезами средних и больших диаметров в верхнем диапазоне частот вращения шпинделя устанавливаются его доминирующие крутильные автоколебания, вызывающие интенсивные вынужденные, в том числе резонансные, колебания изгибных подсистем инструмента и заготовки При этом в большинстве случаев модуляция скорости резания, вызванная крутильными автоколебаниями, препятствует возбуждению автоколебаний в изгибных подсистемах ТС Работа на нижних частотах вращения шпинделя сопровождается возбуждением автоколебаний в одном или реже нескольких колебательных контурах изгибных подсистем инструмента и заготовки, в остальных контурах подсистем ТС происходят вынужденные колебания на «зубцо-вой» частоте фрезы

8 Имитационное моделирование позволило установить характер и структуру колебательных процессов ТС при торцовом фрезеровании с использованием известных технических приемов повышения его динамической стабильности выбора схемы резания, установки добавочной массы на инструмент, применения регулярной разношаговости и ступенчатого расположения зубьев На основе положений теории регенерации колебаний были установлены причины повышения динамической стабильности и области рационального использования этих приемов Наиболее эффективными из них оказались два последних, связанных с воздействием на механизм регенерации автоколебаний

9 Двухвенцовая торцовая фреза посредством модуляции скорости резания оказывает постоянное и более глубокое демпфирующее воздействие на регенерацию автоколебаний, чем разношаговые и ступенчатые фрезы В отличие от них она позволяет получать устойчивый результат гашения автоколебаний на всех режимах резания при правильной настройке конструктивных параметров подвижного венца, обеспечивающей противофазные тангенциальные колебания смежных зубьев Имитационное моделирование показало, что ее применение приводит к снижению размаха изгибных колебаний шпинделя с инструментом до четырех раз, а заготовки - до десяти раз

10 Результаты производственного обследования отказов концевых быстрорежущих фрез, поляризационно-оптического исследования распределения механических напряжений в их рабочей части и эксперимента по разрушению партии фрез показали, что основной причиной их преждевременного выхода из строя является поломка в зоне выхода стружечной канавки на шейку в связи с усталостным разрушением Для наиболее полного использования прочностных возможностей концевых фрез при их эксплуатации рассчитано на ЭВМ распре-

деление механических напряжений, вызванных действием силы резания, и предложена инженерная методика расчета на усталостную прочность

11 Определены условия эффективного применения модулированной скорости резания при работе концевыми фрезами Показано, что каждому значению скорости резания соответствует определенная глубина ее модуляции, при которой достигается наибольшая стабильность процесса, а в связи с этим и наибольшая производительность фрезерования С увеличением подачи положительное влияние модулированной скорости резания на стабильность и производительность обработки постоянно усиливается Эффективность использования модулированной скорости резания максимальна при обработке плоскости со встречной подачей (повышение производительности на 130%) и минимальна при прорезке паза (повышение производительности на 70%)

12 Сопоставительными экспериментами, проведенными стандартной торцовой фрезой и двухвенцовой фрезой, установлено, что фрезерование с модулированной скоростью резания позволяет снизить уровень вибраций подсистемы инструмента на 55 75%, подсистемы заготовки на 33 72%, уменьшить шероховатость обработанной поверхности на 28 55%. увеличить объем срезаемого материала в единицу времени на 11 75% На режимах обработки, создающих высокий уровень вибраций, двухвенцовая фреза позволяет работать с максимальной глубиной резания, допускаемой мощностью привода главного движения станка

13 Для осуществления обработки резанием с модулированной скоростью резания спроектированы, изготовлены, испытаны и запатентованы специальные механические и электродинамическая фрезерные головки для работы концевыми фрезами и двухвенцовая торцовая фреза Оптимизация конструктивных параметров механических фрезерных головок для одинарной и многократной модуляции скорости резания с целью минимизации динамических нагрузок проведена по результатам исследования на компьютере математических моделей кинематики и динамики их работы

14 Предложена методика назначения режимов резания при концевом фрезеровании, позволяющая при заданных условиях обработки и выбранном критерии оптимальности путем выбора глубины модуляции скорости резания найти оптимальное сочетание скорости и подачи, обеспечивающее допустимый уровень вибрации ТС и максимальное использование прочностных и режущих возможностей инструмента Для подавления до допустимого уровня регенеративных автоколебаний при торцовом фрезеровании на режимах резания, найденных по Общемашиностроигельным нормативам, представлена методика выбора оптимального сочетания жесткости упругой связи и угла предварительного поворота подвижного венца двухвенцовой фрезы

15 Процессы концевого и торцового фрезерования деталей с модулированной скоростью резания внедрены на ряде машиностроительных предприятий Забайкалья Экономический эффект от внедренных технологических процессов составил более 980 тысяч рублей Опыт использования специальных фрезерных головок для концевого фрезерования с модулированной скоростью резания и двухвенцовых торцовых фрез показал, что разработанные конструкции обеспе-

чивают устойчивое подавление вибраций, обладают высокой эксплуатационной надежностью, что создает предпосылки для высокопроизводительной обработки с их применением

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

Монографии:

I Фрезы и фрезерование монография / Под общ ред А И Промптова -Иркутск Изд -во ИрГТУ, 2006 - 172 с (глава 3)

2 Свинин, В М Фрезерование с модулированной скоростью резания / В М Свинин - Иркутск Изд -во ИрГТУ, 2007 - 302 с

Учебное пособие с грифом Минобразования РФ:

3 Свинин, В М Рациональная эксплуатация режущего инструмента учеб пособ / В М Свинин - Чита Изд -во ЧитГУ, 2004 - 150 с

Статьи в журналах, включенных в рекомендованный ВАК РФ список:

4 Свинин В М Имитационное моделирование динамики процесса концевого фрезерования с модулируемой скоростью резания / В М Свинин /ЛЗестник ИрГТУ - 2004 - №1(17) - С 73-80

5 Свинин, В М Исследование условий возбуждения и гашения регенеративных автоколебаний в процессе резания / В М Свинин //Обработка металлов 2005 -№1(26) - С 29-31

6 Свинин, В М Механизм регенерации вторичных автоколебаний в процессе резания / В М Свинин//Обработка металлов -2005 -№2(27) - С 39-41

7 Свинин, В М Исследование регенеративных автоколебаний при многолезвийной обработке / В М Свинин //Обработка металлов - 2005 -№3 (28) -С 28-30

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

9 Свинин. В М Выбор параметров модуляции скорости резания для гашения регенеративных автоколебаний / В М Свинин //Вестник СамГТУ, Серия «Техническиенауки» -2006 -№41-С 135-142

10 Свинин, В М Виброустойчивая торцовая фреза для работы с модулированной скоростью резания / В М Свинин //Обработка металлов 2008 - №1 (38) -С 33

II Свинин, В М Исследование колебаний технологической системы при торцовом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания / В М Свинин // Известия ВУЗов Машиностроение 2008 - № 3 - С 25-34

Статьи в других изданиях:

12 Свинин, В М К вопросу о расчете сил резания при концевом фрезеровании быстрорежущими фрезами / В М Свинин, Н Г Переломов // Повышение эксплуатационных свойств оснастки, машин и режущего инструмента технологическими методами Тез докл научн- техн конф- ИЛИ, Иркутск -1979, С 95-97

13 Свинин, В М Распределение напряжений в теле концевых фрез и расчет их прочности / В М Свинин, Н Г Переломов, В Ю Кузнецов // Труды Чи-тинск политехи ин-та - Чита, 1980 - С 34-39

14 Свинин, В М Расчет силы резания при работе концевыми сфероцилиндрическими фрезами / К И Палк, Н Г Переломов, В М Свинин // Точность и производительность механической обработки Труды ЛПИ №368 - Л,

1980 -С 71-76

15 Свинин ВМ Влияние режимов резания и геометрии инструмента на усадку стружки / В Ю Кузнецов, В М Свинин, Н Г Переломов // Металло-реж иконтр-изм ин-т «Экспресс-инф » ,НИИмаш-1980 - № 4 - С 3-7

16 Свинин, В М Оптимизация режимов резания при концевом фрезеровании / В М Свинин, Н Г Переломов // Научно-техническое творчество молодежи тез докл 2-ой научн - практ конф ,Читинск обл Совет ВОИР - Чита,

1981 -С 76-77

17 Свинин, В М Анализ причин выхода из строя концевых быстрорежущих фрез / ВМ Свинин // Сб тр молодых ученых и спец-тов, посвящ 60-летию комсомола Забайкалья -Чита, 1982 -С 139-141

18 Свинин, В М К вопросу о выборе оптимальных режимов резания концевыми фрезами с учетом их прочности / В М Свинин // Конструирование и произ-во с/х машин тез докл Всесоюзн научн техн конф -Ростов-н/Д, 1985 -С 89

19 Свинин, В М Повышение эффективности использования концевых фрез / В М Свинин // Повышение эффективности обработки конструкционных материалов тез докл Республ научн-техн конф - Улан-Удэ, 1985 -С 95-96

20 Свинин, В М Повышение технологической надежности концевых фрез в условиях автоматизированного производства /ВМ Свинин // Создание гибких производственных комплексов в машиностроении на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов тез докл Республ научн-техн конф - Киев, 1985 -С 134-135

21 Свинин, В М Исследование кинематических характеристик оправки переменного резания методом геометрического моделирования / В М Свинин, Л Я Калашникова, Г В Ефимов // Автоматизированное проектирование и машинное моделирование технических процессов в машиностроении тез докл научн-практ конф - Свердловск, 1987 -С 39-40

22 Свинин, В М Автоматизация проектирования оправки переменного резания / В М Свинин, Л Я Калашникова, Ю Н Ермилов // Пути создания и совершенствования САПР тез докл Респ научн-практ конф -Казань, 1987 -С 43-45

23 Свинин, В М Экспериментальное исследование влияния износа инст -румента на удельные силы резания при концевом фрезеровании / В М Свинин, Читинск политехи ин-т - Чита, 1988 - Зс - Деп во ВНИИТЭМР, № 179-мш88

24 Свинин, В М Автоматизированный расчет составляющих силы резания при работе концевой фрезой с прогрессивной схемой резания / В М Свинин, А В Лесков // Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки тез докл научн - техн конф , научн центр СО АН СССР - Иркутск, 1990 -С 37

25 Свинин, В М Формирование математической модели кинематики при-

вода шпинделя вибрационного резания / В M Свинин, JIЯ Калашникова // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства межвуз сб научн тр , ТулПИ - Тула, 1990 - С 54 -55

26 Свинин, В M Оптимизация конструктивных параметров привода шпинделя вибрационного резания / В M Свинин, Л Я Калашникова // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства сб науч тр / Тульск политехи ин-т - Тула, 1990 - С 63-73

27 Свинин, В M Гашение автоколебаний при фрезеровании путем периодического изменения скорости резания / В M Свинин // Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья тез докл регион науч -техн конф /ЧитПИ - Чита, 1991 -С 15-16

28 Свинин, В M Кинетостатический расчет устройства вибрационного резания / В M Свинин, В H Антропов, Л Я Калашникова // Вестник ЧитПИ, ВыпЗ -М Изд-во МГГУ, 1996 - С 289-302

29 Свинин, В M Математическая модель процесса торцового фрезерования с переменной скоростью резания / В M Свинин, С В Савоськина // Вестн Читинск гос техн ун-та - 1999 -№12 - С 96-102

30 Свинин, В M Разработка конструкции и математической модели торцовой фрезы для нестационарного резания / В M Свинин, С В Савоськина, А А Кулеш // Технология, оборудование и производство инструмента для машиностроения и строительства тез докл Всерос научн - техн конф - Новосибирск, - 1999 -С 40-42

31 Свинин, В M Исследование возможностей повышения виброустойчивости концевых фрез моделированием на ЭВМ / В M Свинин, В В Капшу-нов // Технология, оборудование и производство инструмента для машиностроения и строительства тез докл Всерос научн - техн конф - Новосибирск, -1999 - С 44-45

32 Свинин, В M К вопросу о нахождении следа при моделировании концевого фрезерования / В M Свинин, В В Кашнунов // Вестник ЧитГТУ -1999 вып 12 -С 126-130

33 Свинин, В M О некоторых способах борьбы с вибрациями при торцовом фрезеровании / В M Свинин, С В Савоськина, А А Кулеш // Новые идеи новому тысячелетию тез докл Междунар научн - техн конф ,42 - Чита ЧитГТУ, 2001 -С 117-118

34 Свинин, В M Исследование возможностей повышения устойчивости технологической системы при фрезеровании / В M Свинин, С В Савоськина, В В Капшунов // Технические науки, технологии и экономика тез докл Междунар науч - практ конф ,41- Чита ЧитГТУ, 2001, - С 93-100

35 Свинин, В M Методологическая основа проектирования динамических характеристик устройства вибрационного резания / Л Я Калашникова, В M Свинин // Технология, экономика, педагогика межвуз сб научн тр - Чита Изд-во ЗабГПУ, 2002 - С 97- 04

36 Свинин, В M Исследование механизма регенеративного возбуждения колебаний и возможностей их гашения при постоянной и переменной скорости резания / В M Свинин, С В Савоськина // Вестн Читинск гос техн ун-та -

2003 - №29 - С 16-23

37 Свинин, В M О гашение регенеративных автоколебаний в процессе торцового фрезерования при введение в конструкцию инструмента дополнительного касательного контура / В M Свинин, С В Савоськина // Вестн Читинск гос техн ун-та -2003 -№29 - С 23-30

38 Свинин, В M Уменьшение интенсивности автоколебаний концевой фрезы при использовании модулированной скорости резания / В M Свинин, В В Капшунов//Вестн Читинск гос техн ун-та -2003 -№29 - С 3-10

39 Свинин, В M Оптимизация режимов и повышение производительности концевого фрезерования при модуляции скорости резания / В M Свинин, В В Капшунов//Вестн Читинск гос техн ун-та -2003 -№29 - С 11-15

40 Свинин, В M Технологическая оснастка и инструмент для фрезерования с модулируемой скоростью резания / В M Свинин // Современные технологии в машиностроении сб ст VII Всерос научн -практ конф - Пенза, 2003 - С 31-33

41 Свинин, В M Управление уровнем регенеративных автоколебаний посредством модуляции скорости резания / В M Свинин // Современные тенденции развития транспортного машиностроения и материалов сб ст IX между-нар научн-техн конф - Пенза, 2004 - С 194-197

42 Свинин, В M Исследование механизма регенеративных автоколебаний при многолезвийной обработке с помощью моделирования на ЭВМ / В M Свинин // Динамика технологических систем сб тр СГТУ , VII междунар науч -техн конф ДТС-2004 - Саратов, 2004 - С 321-326

43 Свинин, В M Интенсификация процесса торцового фрезерования при использовании виброустойчивой двухвенцовой фрезы / В M Свинин //Высокие технологии в машиностроении мат-лы Междунар научн -техн конф - Самара,

2004 -С 20-22

44 Свинин, В M Универсальная автономная головка для вибрационного резания к многоцелевым станкам фрезерно-сверлильно-расточного типа / В M Свинин, О П Сшгакин // Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук (ЗНТК-2004 ) сб ст Междунар заочн научн - техн конф -Ульяновск УлГТУ, 2004 - С 203-206

45 Свинин, В M Подходы и средства в задачах изменения скорости при вибрационном резании металлов / В M Свинин И Современные технологии Системный анализ Моделирование ИрГУПС - 2005 № 2 - С 45-51

46 Свинин, В M Подавление генерации вторичных автоколебаний при лезвийной обработке путем модуляции скорости резания / В M Свинин // Повышение эффективности инвестиционной и инновационной деятельности в Дальневосточном регионе и странах АТР мат-лы междунар научн - практ конф 41 /ГОУ ВПО "КнАГТУ" - Комсомольск-на-Амуре, 2005 -С 25-30

47 Свинин, В M Синергетический подход к управлению регенеративными автоколебаниями при лезвийной обработке / В M Свинин // Повышение эффективности инвестиционной и инновационной деятельности в Дальневосточном регионе и странах АТР мат-лы междунар научн - практ конф Ч 1 / ГОУ ВПО "КнАГТУ" - Комсомольск-на-Амуре, 2005 -С 31-36

48 Свинин, В M Исследование характера и структуры колебаний технологической системы при торцовом фрезеровании / В M Свинин //Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования мат-лы 2-й Междунар научн -техн конф - Вологда, 2006 -т 2 -С 190-198

49 Свинин, В M Исследование автоколебаний при концевом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания / В M Свинин // Механики XXI веку мат-лы VI Всерос научн-техн конф с междунар участием -Братск ГОУ ВПО "БрГУ", 2007 - С 281-286

50 Свинин, В M Исследование колебаний технологической системы при торцевом фрезеровании с применением различных способов повышения виброустойчивости резания / В M Свинин // Механики XXI веку мат-лы VI Всерос научн -техн конф с междунар участием - Братск ГОУ ВПО "БрГУ", 2007 -С 287-294

51 Свинин, В M Имитационное моделирование колебаний технологической системы при торцовом фрезеровании с модулированной скоростью резания / В M Свинин // Высокие технологии в машиностроении мат-лы Всерос научн -техн конф - Самара, 2007 - С 187-189

52 Свинин, В M Оптимизация процесса чернового концевого фрезерования с учетом виброустойчивости и прочности инструмента / В M Свинин // Кула-гинские чтения мат-лы VII Всерос научн -практ конф, Ч IV - Чита ГОУ ВПО «ЧитГУ», 2007, - С 85-94

53 Svmm, V M New ways of reahzation of variable speed cuttmg for supres-sion of regenerative chatter vibrations in milling / V M Svmin // Manufaturing and management m 21st Century Proceedmgs of the scientific conference - Ohrid, 2004 -P 115-120

54 Svmin V Suppression of regenerative chatter vibrations by usmg special design of the chuck for end milis / V Svinin // SI 2004 Proceedmgs of the 8th international scientific conference, S4 «Mechamka a mechatronika» - Bratislava, 2004 - P 83-93

Авторское свидетельство и патенты на изобретения:

55 А с 1646708 СССР, МКИз В 23 В 47/04 Устройство для вибрационного резания / В M Свинин, JI Я Калашникова, Ю H Ермилов, H H Грушева, В В Степанов -№ 4640820/08, заявл 25 01 89,опубл 07 05 91,Бюл №17 - 4с

56 Пат 2212311 Российская Федерация, МПК7 В 23С 5/16 Сборный режущий инструмент/ В M Свинин, А А Кулеш, С В Савоськина, В В Капшунов, опубл 20 09 2003, Бюл №26 - 5с

57 Пат 2283730 Российская Федерация, МПК7 В23В 37/00 Головка для вибрационного резания / В M Свинин, О П Спичкин, опубл 20 09 2006, Бюл № 28 - 8с

Подписано в печать 9 04 2008 Формат 60 х 84 / 16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 2,0 Уч-изд л 2,25 Тираж 100 экз Зак 2к

ИД № 06506 от 26 12 2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул Лермонтова, 83

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ.

1.1. Формирование современных представлений о природе регенеративных автоколебаний при резании металлов и способах управления ими.

1.2. Способы и устройства для создания переменной скорости резания.

1.3. Методы исследования колебаний в технологических системах обработки резанием.'.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. МЕХАНИЗМ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ.

2.1. Влияние нестабильности возбуждения на характер и интенсивность вынужденных колебаний технологической системы.

2.2. Возбуждение регенеративных автоколебаний при постоянной скорости резания.

2.3. Физическая сущность механизма регенерации автоколебаний.

2.4. Влияние модуляции скорости резания на регенерацию автоколебаний.

2.5. Влияние прерывистости процесса резания на регенерацию автоколебаний.

2.6. Выбор параметров модуляции скорости резания для гашения регенеративных автоколебаний.

2.7. Выводы.

Глава 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ.

3.1. Моделирование колебаний технологической системы при концевом фрезеровании.

3.2. Моделирование колебаний технологической системы при торцовом фрезеровании.

3.2.1. Структура и принцип работы имитационной модели.

3.2.2. Механико - математические модели упругой системы станка и инструмента.

3.2.3. Механико — математическая модель процесса резания.

3.3. Достоверность моделирования колебательных процессов при фрезеровании.

3.4. Выводы.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ С ПОСТОЯННОЙ И МОДУЛИРОВАННОЙ СКОРОСТЬЮ РЕЗАНИЯ.

4.1. Колебания технологической системы при концевом фрезеровании.

4.2. Колебания технологической системы при работе торцовой фрезой стандартной конструкции.

4.3. Колебания технологической системы при использовании способов повышения стабильности процесса торцового фрезерования.

4.4. Колебания технологической системы при работе двухвенцовой торцовой фрезой.

4.5. Выводы.

Глава 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ С МОДУЛИРОВАННОЙ СКОРОСТЬЮ РЕЗАНИЯ.

5.1. Конструкции модернизированных фрезерных головок для работы с модулированной скоростью резания.

5.2. Кинематические и динамические характеристики механических фрезерных головок для резания с модулированной скоростью.

5.2.1. Кинематика механической головки для одинарной модуляции скорости резания.

5.2.2. Динамика механической головки для одинарной модуляции скорости резания.

5.2.3. Влияние конструктивных параметров механической головки для одинарной модуляции скорости резания на кинематические и динамические характеристики ее работы.

5.2.4. Характеристики механической головки для многократной модуляции скорости резания.

5.3. Конструкции модернизированных торцовых фрез для работы с модулированной скоростью резания.

5.4. Выводы.

Глава 6. ПРОЧНОСТЬ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ.

6.1. Причины отказов концевых быстрорежущих фрез.

6.2. Распределение напряжений в рабочей части концевых фрез.

6.3. Расчет прочности концевых фрез.

6.4. Выводы.

Глава 7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ С МОДУЛИРОВАННОЙ СКОРОСТЬЮ РЕЗАНИЯ.

7.1. Возможности управления динамической стабильностью и производительностью фрезерования.

7.2. Методики назначения режимов фрезерования и настройки двухвенцовой торцовой фрезы для работы с модулированной скоростью резания.

7.3. Промышленное внедрение методов концевого и торцового фрезерования с модулированной скоростью резания.

7.3.1. Концевое фрезерование.

7.3.2. Торцовое фрезерование.

7.4. Выводы.

Стратегическим направлением развития современного машиностроительного производства является интенсификация технологических процессов с целью повышения их производительности. Среди операций механической обработки одно из первых мест по применяемости и объему срезаемого с заготовок металла занимает фрезерование, в первую очередь, торцовое и концевое. Использование интенсивных режимов резания при черновом и получистовом фрезеровании сдерживается, главным образом, потерей динамической стабильности технологической системы (ТС). Возникающие автоколебания недопустимо большой амплитуды кроме ограничения производительности резко снижают стойкость инструмента, срок службы оборудования, точность и качество обработанных поверхностей и даже могут приводить к аварийным ситуациям вследствие поломки наименее прочных элементов ТС.

Отечественными и зарубежными учеными созданы научные основы динамики металлорежущих станков и выполнен большой объем научно-исследовательских работ по повышению динамической стабильности процессов резания путем увеличения жесткости и демпфирующей способности ТС, снижения силовых нагрузок и выбора рациональных схем обработки. Результаты этих работ позволили существенно расширить область допустимых режимов резания и повысить производительность технологических операций. Вместе с тем возможности известных технических решений в значительной степени уже исчерпаны, что определяет необходимость поиска новых путей.

Динамическая нестабильность ТС при работе на интенсивных режимах резания обусловлена, главным образом, вторичным возбуждением (регенерацией) автоколебаний под воздействием вибрационного следа на поверхности резания. Очевидно, что для достижения максимальной эффективности управления вторичными автоколебаниями нужно воздействовать непосредственно на сам механизм их регенерации, что требует ясного понимания его природы и закономерностей. Несмотря на то, что подавляющая доля энергии для поддержания автоколебаний вносится в ТС посредством регенерации, предшествующие исследователи обращали на это явление второстепенное внимание.

В ходе регенерации автоколебаний их фаза относительно колебаний следа устанавливается самопроизвольно независимо от начальных условий, что свидетельствует о самоорганизации ТС. Разрушение этой самоорганизации принудительным изменением фазы автоколебаний, например, с помощью периодического плавного изменения (модуляции) скорости резания, открывает новую возможность управления динамической стабильностью ТС. Правильность такого подхода для процессов точения и фрезерования принципиально подтверждена рядом поисковых исследований, проведенных в России и за рубежом в течение трех последних десятилетий. Однако результаты этих исследований не доведены до промышленного использования, поскольку были получены на специальных стендах из-за неприспособленности металлорежущих станков к модуляции скорости резания и большой инерционности шпинделя. Для внедрения в промышленность фрезерования с модулированной скоростью резания необходимо создание специальных устройств для ее получения, позволяющих преодолеть инерцию шпинделя серийных станков, и проведение исследований по оценки эффективности их применения.

Дополнительным препятствием к повышению производительности работы концевых фрез является их низкая прочность. Отсутствие инженерной методики прочностного расчета этих фрез побуждает заводских технологов назначать заниженные режимы резания для предотвращения аварийных ситуаций.

В связи с изложенным разработка теоретических основ и технических средств управления регенеративными автоколебаниями при фрезеровании путем модуляции скорости резания, а также прочностного расчета концевых фрез является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное хозяйственное значение.

В первой главе диссертации анализируется состояние и обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, формулируются цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена изучению закономерностей вторичного возбуждения автоколебаний при одно- и многолезвийной механической обработке, раскрытию физической сущности этого явления, поиску и обоснованию путей управления им. Регенерацию нормальных к поверхности резания автоколебаний исследовали с помощью численного решения дифференциальных уравнений движения одномассовых с одной степенью свободы моделей ТС. Самоорганизация регенеративных автоколебаний впервые объяснена с позиций аналитической механики как стремление ТС к наиболее энергетически экономному характеру движения. Показано, что управление вторичными автоколебаниями можно осуществлять путем искусственного дискретного или более эффективно непрерывного изменения их запаздывания относительно колебаний вибрационного следа на поверхности резания. Для непрерывного управления автоколебаниями найдены оптимальные значения параметров модуляции скорости резания. Установлено, что для всех видов лезвийной механической обработки оптимальная относительная частота ее модуляции имеет универсальное значение, равное половине числа зубьев инструмента.

Третья глава содержит изложение методик компьютерного имитационного моделирования динамики процессов концевого и торцового фрезерования при постоянной и модулированной скорости резания инструментами с постоянным и переменным шагом зубьев. Ключевой проблемой создания методик явилось определение величины вибрационного следа на поверхности резания при переменных условиях обработки. Она решена с использованием оригинальных вычислительных приемов. Достоверность моделирования подтверждена опытами на станке. С целью их проведения были спроектированы и изготовлены экспериментальные устройства модуляции скорости резания в виде специальных механической фрезерной головки для концевых фрез и двухвенцовой торцовой фрезы.

В четвертой главе представлены результаты имитационного моделирования колебательных процессов ТС при концевом и торцовом фрезеровании. Установлено положительное влияние модуляции скорости резания на снижение амплитуды автоколебаний концевой фрезы при черновой обработке и ее неэффективность при работе с тонкими срезами, характерными для чистовой обработки. Выявлены характер и структура колебаний ТС при торцовом фрезеровании с использованием стандартного инструмента и различных схем резания, установки добавочной массы на шпиндель, применением разношаговой, ступенчатой и двухвенцовой фрез. Показано, что более активное подавление вторичных автоколебаний создают три последних метода, связанные с непосредственным воздействием на регенеративный механизм. Из них максимальную эффективность имеет двухвенцовая фреза, работающая с модулированной скоростью резания, которую создают противофазные крутильные колебания венцов.

Пятая глава содержит описание промышленных конструкций запатентованных фрезерных головок механического и электродинамического типов для многократной модуляции скорости резания концевых фрез и модернизированной двухвенцовой торцовой фрезы в двух вариантах. Конструктивные параметры механических шарнирно-рычажных головок для однократной и многократной модуляции скорости резания оптимизированы по минимуму габаритных размеров и паразитных динамических нагрузок на основе исследования математических моделей их кинематики и динамики.

В шестой главе на основании результатов производственных обследований и анализа литературных источников установлено, что основной причиной преждевременных отказов концевых быстрорежущих фрез является усталостное разрушение в зоне выхода стружечной канавки на шейку. Для максимального использования прочностных возможностей концевых фрез было изучено распределение механических напряжений в рабочей части от действия составляющих силы резания и предложена инженерная методика их расчета на хрупкую и усталостную прочность.

Седьмая глава обсуждает возможности повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования при черновой и получистовой обработке на основе применения модулированной скорости резания. Для концевого фрезерования приведена методика назначения режима резания с постоянной или переменной скоростью, обеспечивающего допустимый уровень автоколебаний и максимальное использование прочностных и режущих возможностей инструмента при избранном критерии оптимальности обработки. Описана методика настройки конструктивных параметров двухвенцовой торцовой фрезы для уверенного подавления регенеративных автоколебаний при любом режиме резания, назначенном по Общемашиностроительным нормативам. Методики проиллюстрированы конкретными примерами. Внедрение результатов исследования проведено на машиностроительных предприятиях Забайкалья.

Автор защищает:

1. Теоретическое представление о физической сущности и закономерностях регенерации автоколебаний при лезвийной обработке резанием как проявления самоорганизации ТС для минимизации энергетических потерь при осуществлении колебательных движений;

2. Обоснование способов управления регенеративными автоколебаниями путем направленных физических воздействий на ТС: дискретного в виде разно-шаговости зубьев инструмента и непрерывного в виде модуляции скорости резания;

3. Рекомендации по выбору оптимальных значений параметров модуляции скорости резания для управления регенеративными автоколебаниями;

4. Принципы работы и конструкции механических и электродинамической головок для модуляции скорости резания при концевом фрезеровании и двухвенцовой торцовой фрезы;

5. Методику и результаты исследования кинематики и динамики механических головок для однократной и многократной модуляции скорости резания;

6. Методики имитационного моделирования на компьютере динамики колебательных процессов концевого и торцового фрезерования с постоянной и модулированной скоростью резания;

7. Результаты имитационного моделирования колебаний ТС при концевом и торцовом фрезеровании с постоянной и модулированной скоростью резания и использовании технических приемов повышения динамической стабильности;

8. Результаты исследования распределения механических напряжений в теле рабочей части концевых быстрорежущих фрез и методику их расчета на хрупкую и усталостную прочность;

9. Результаты исследования возможностей повышения динамической стабильности и производительности процессов концевого и торцового фрезерования при работе с модулированной скоростью резания;

10. Методики назначения оптимального режима резания концевой фрезой и настройки конструктивных параметров двухвенцовой торцовой фрезы для повышения динамической стабильности и производительности черновой и получистовой обработки путем модуляции скорости резания.

Обобщенный в диссертации материал является итогом исследований, выполненных автором лично и в соавторстве с руководимыми им студентами и аспирантами кафедры технологии машиностроения Читинского государственного университета. В частности, компьютерные средства моделирования вибраций при фрезеровании созданы по инициативе, под руководством и при участии автора его бывшими аспирантами, а ныне кандидатами технических наук В.В. Капшуновым и С.В. Савоськиной. Вклад автора является преобладающим в постановке научных задач, анализе и обобщении полученных результатов, генерации основных идей концепции и технических средств управления регенеративными автоколебаниями.

Автор искренне признателен научному консультанту Заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Александру Иннокентьевичу Промптову за поддержку, плодотворный и критический анализ результатов исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены основные закономерности функционирования и физическая сущность одинарной и многократной регенерации колебаний при одно- и многолезвийной обработке металлов резанием. Регенеративные автоколебания представляют собой самоорганизующуюся пространственно-временную диссипатив-ную структуру, соответствующую основным признакам синергетических систем. Физическая сущность механизма регенерации колебаний заключается, с одной стороны, в самоорганизации движения ТС, наиболее экономного по расходованию энергии посредством установления их фазы относительно колебаний следа с опережением на тг/2, а с другой стороны - обеспечения поступления энергии для их поддержания посредством этой же фазы.

2. Регенеративные колебания могут возникать при всех видах обработки резанием и любом возмущении в виде автоколебаний, если энергия возбуждения превышает ее диссипацию; высших гармоник вынужденных колебаний, близких по частоте к собственной частоте ТС; затухающих колебаний на этой частоте. В связи с этим регенеративный механизм следует отнести к наиболее важным причинам возникновения вибраций при резании. Особо это относится к процессу фрезерования, при котором всегда присутствует первичный вибрационный след, вызываемый возмущениями технологической системы в начальный и конечный моменты контакта зубьев инструмента с заготовкой.

3. Синергетический характер регенеративных колебаний в дополнение к традиционным способам (повышение жесткости и демпфирующей способности ТС, снижение силовой нагрузки) открывает новые пути управления ими. Наиболее устойчивый результат гашения регенеративных колебаний дает принудительная модуляция скорости резания. Задаваемая кинематическим путем, она может полностью подавить регенеративные колебания многозубого инструмента на частотах, примерно равных частоте автоколебаний, и последовательного двукратного ее уменьшения. Этот принцип реализован в конструкциях фрезерной головки, предназначенной для крепления концевых фрез, и торцовой фрезы. Большая инерционность массивного инструмента, препятствующая модуляции скорости резания, преодолена созданием двухвенцовой конструкции, в которой изменяющуюся скорость резания сообщают зубьям, размещенным через один на легком корпусе.

4. Для обеспечения максимальной эффективности применения метода гашения регенеративных автоколебаний модуляцией скорости резания определены оптимальные параметры модуляции: характер, относительные частота и глубина.

Установлено, что для всех видов лезвийной механообработки оптимальная относительная частота модуляции скорости резания имеет универсальное значение, равное половине числа зубьев инструмента.

5. Разработаны методики и алгоритмы имитационного моделирования динамики процессов концевого и торцового фрезерования при работе с постоянной и модулированной скоростями резания, реализованные в виде программного обеспечения ПЭВМ. Достоверность моделирования подтверждена натурными экспериментами.

6. Установлено, что динамика процесса концевого фрезерования определяется, главным образом, вибрациями изгибной подсистемы инструмента. Их исследование, проведенное методом имитационного моделирования, позволило установить характер и степень влияния элементов режима резания на возбуждение регенеративных автоколебаний при черновой и получистовой обработке. Модуляция скорости резания значительно демпфирует автоколебания, позволяя снизить их амплитуду до допустимого уровня. Однако при работе с тонкими срезами (малой подачей), когда одинарный регенеративный эффект уступает место многократному, она не эффективна, поскольку увеличение ее глубины приводит к росту амплитуды автоколебаний. Следовательно, модуляцию скорости резания целесообразно использовать, в первую очередь, для повышения динамической стабильности процесса концевого фрезерования при черновой и получистовой обработке.

7. Динамика процесса чернового и получистового торцового фрезерования значительно сложнее, чем концевого. Ключевую роль в установлении многообразия структур пространственных колебаний подсистем инструмента и заготовки играет взаимодействие крутильной и изгибной подсистем шпинделя с инструментом. При работе торцовыми фрезами средних и больших диаметров в верхнем диапазоне частот вращения шпинделя устанавливаются его доминирующие крутильные автоколебания, вызывающие интенсивные вынужденные, в том числе резонансные, колебания изгибных подсистем инструмента и заготовки. При этом в большинстве случаев модуляция скорости резания, вызванная крутильными автоколебаниями, препятствует возбуждению автоколебаний в изгибных подсистемах ТС. Работа на нижних частотах вращения шпинделя сопровождается возбуждением автоколебаний в одном или реже нескольких колебательных контурах изгибных подсистем инструмента и заготовки; в остальных контурах подсистем ТС происходят вынужденные колебания на «зубцовой» частоте фрезы.

8. Имитационное моделирование позволило установить характер и структуру колебательных процессов ТС при торцовом фрезеровании с использованием известных технических приемов повышения его динамической стабильности: выбора схемы резания, установки добавочной массы на инструмент, применения регулярной разношаговости и ступенчатого расположения зубьев. На основе положений теории регенерации колебаний были установлены причины повышения^ динамической стабильности и области рационального использования этих приемов. Наиболее эффективными из них оказались два последних, связанных с воздействием на механизм регенерации автоколебаний.

9. Двухвенцовая торцовая фреза,посредством модуляции скорости резания оказывает постоянное и более глубокое демпфирующее воздействие на регенерацию автоколебаний, чем разношаговые и ступенчатые фрезы. Вютличие от них она позволяет получать устойчивый результат гашения автоколебаний на' всех режимах резания при правильной настройке конструктивных параметров, подвижного венца, обеспечивающей противофазные тангенциальные колебания^ смежных зубьев. Имитационное моделирование показало, что ее применение приводит к снижению размаха изгибных колебаний шпинделя с инструментом до четырех раз, а заготовки - до десяти раз.

10. Результаты производственного обследования отказов концевых быстрорежущих фрез, поляризационно-оптического исследования распределения механических напряжений в их рабочей части и эксперимента по разрушению партии фрез показали, что основной причиной их преждевременного выхода из строя является поломка в зоне выхода стружечной канавки на шейку в связи с усталостным разрушением. Для наиболее полного использования прочностных возможностей концевых фрез при их эксплуатации рассчитано на ЭВМ распределение механических напряжений, вызванных действием силы резания, и предложена инженерная методика расчета на усталостную прочность.

11. Определены условия.эффективного применения модулированной скорости резания при работе концевыми фрезами. Показано, что каждому значению скорости резания соответствует определенная глубина её модуляции, при которой достигается наибольшая стабильность процесса, а в связи с этим и наибольшая-производительность фрезерования. С увеличением подачи положительное влияние модулированной скорости резания на стабильность и производительность обработки постоянно усиливается; Эффективность использования модулированной скорости резания максимальна при обработке плоскости со встречной подачей (повышение производительности на 130%) и минимальна при прорезке паза (повышение производительности на 70%).

12. Сопоставительными экспериментами, проведенными стандартной торцовой фрезой и двухвенцовой фрезой, установлено, что фрезерование с модулированной скоростью резания позволяет снизить уровень вибраций подсистемы инструмента на 55.75%, подсистемы заготовки на 33.72%, уменьшить шероховатость обработанной поверхности на 28.55%, увеличить объем срезаемого материала в единицу времени на 11 .75%. На режимах обработки, создающих высокий уровень вибраций, двухвенцовая фреза позволяет работать с максимальной глубиной резания, допускаемой мощностью привода главного движения станка.

13. Для осуществления обработки резанием с модулированной скоростью резания спроектированы, изготовлены, испытаны и запатентованы специальные механические и электродинамическая фрезерные головки для работы концевыми фрезами и двухвенцовая торцовая фреза. Оптимизация конструктивных параметров механических фрезерных головок для одинарной и многократной модуляции скорости резания с целью минимизации паразитных динамических нагрузок проведена по результатам исследования на компьютере математических моделей кинематики и динамики их работы.

14. Предложена методика назначения режимов резания при концевом фрезеровании, позволяющая при заданных условиях обработки и выбранном критерии оптимальности путем выбора глубины модуляции скорости резания найти оптимальное сочетание скорости и подачи, обеспечивающее допустимый уровень вибрации ТС и максимальное использование прочностных и режущих возможностей инструмента. Для подавления до допустимого уровня регенеративных автоколебаний при торцовом фрезеровании на режимах резания, найденных по Общемашиностроительным нормативам, представлена методика выбора оптимального сочетания жесткости упругой связи и угла предварительного поворота подвижного венца двухвенцовой фрезы.

15. Процессы концевого и торцового фрезерования деталей с модулированной скоростью резания внедрены на ряде машиностроительных предприятий Забайкалья. Экономический эффект от внедренных технологических процессов составил более 980 тысяч рублей. Опыт использования специальных фрезерных головок для концевого фрезерования с модулированной скоростью резания и двух-венцовых торцовых фрез показал, что разработанные конструкции обеспечивают устойчивое подавление вибраций, обладают высокой эксплуатационной надежностью, что создает предпосылки для высокопроизводительной обработки с их применением.

1. А. с. 1646708 СССР, МКИ3 В 23 В 47/04. Устройство для вибрационного резания / В. М. Свинин, JI. Я. Калашникова, Ю. Н. Ермилов, Н. Н. Грушева, В. В. Степанов (СССР).-№ 4640820/08; заявл. 25.01.89; опубл. 07.05.91, Бюл. №17.- 4с.

2. А.с. 992103 СССР, МКИ В06 В 1/04. Устройство для возбуждения крутильных колебаний во вращающемся объекте /JI.H. Петрашина и др.-Бюл. № 4, 1983.— 4 с.

3. А.с. 1247191 СССР, МКИ В23С5/06. Режущий инструмент / Л.А.Васин, С.А.Васин, О.Л. Дмитриева.- Бюл. №28, 1986. 3 с.

4. Адлер, Ю. П., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Адлер Ю.П., Е.В. Марков, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. - 279 с.

5. Алексеев, Н.В. Исследование напряженного состояния кручения в стержнях типа сверл: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Алексеев Николай Васильевич; Куйбышев, авиац. ин-т. Куйбышев, 1966.-21 с.

6. Амосов, И.С. Осциллографическое исследование вибраций при резании металлов / И.С. Амосов // Точность механической обработки и пути ее повышения: сб. науч.тр. М - Л., Машгиз, 1951. С. 151-173.

7. Афонина, Н.А. Повышение виброустойчивости процесса токарной обработки на основе управляемых колебаний скорости резания: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Афонина Наталья Александровна; Тул. гос. ун-т. Тула, 2004.- 18 с.

8. Ахметшин, Н.И. Вибрационное резание металлов / Н.И. Ахметшин, Э.М.Гоц, Н.Ф.Родиков; под ред. К.М. Рагульскиса Л.: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1987. - 80 с.

9. Бело дед, В.В. Механические и режущие свойства закаленных быстрорежущих сталей, используемых для изготовления сверл / В.В. Белодед, Б.Д. Данилен-ко, К.К. Лихарев. //Вестник машиностроения, 1965-№12 С. 53-55.

10. Бетанели, А.И. Прочность и надежность режущего инструмента / А.И. Бета-нели. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973- 302 с.

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

12. Бондарь, П.А. Исследование импульсного вариатора в приводе токарного станка при вибрационном резании: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Бондарь Петр Александрович; Одес. политехи, ин-т. Одесса, 1981. — 18 с.

13. Бронштейн, И.Н., Семендяев, К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. 13-е изд. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.

14. Бурмистров, Е. В. Исследование вибрации при концевом фрезеровании высокопрочных сталей на станках с ЧПУ/ Е.В. Бурмистров // Труды Куйбышевского авиационного института. 1986. - №140. - С. 98-111.

15. Васильков, Д.В. Динамика технологической системы при обработке маложестких заготовок: монография / Д.В. Васильков, B.JI. Вейц, П.А. Лонцих. Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 1994. - 98 с.

16. Вейц, В.Л. Вынужденные колебания в металлорежущих станках / В.Л. Вейц, В.К. Дондошанский, В.И. Чиряев М.: Машгиз, 1959-288с.

17. Гадукян, А. Г. Влияние колебаний на стойкость концевых быстрорежущих фрез: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Гадукян Александр Геворко-вич; Всесоюзн. научн.-иссл. инстр. ин-т.-М., 1976. 19 с.

18. Гжиров Р.И., Серебряницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. — 588 с.

19. Головин, В.Л. Прочностной критерий оценки качества сварного соединения заготовок режущего инструмента / В.Л. Головин // Прочность режущего инструмента: сб. статей. / ВНИИ. М., 1967, - С.85-99.

20. Головин, В.Л. Эксплуатационные требования к сварному соединению фрез и технология сварки заготовок фрез / В.Л. Головин. // Фрезы: Сб. докл. Всесоюзн. совещания по фрезам М., 1968, - С. 196-205.

21. Городецкий, Ю.И. Анализ и синтез динамического качества фрезерных станков: автореф. дис. . докт. техн. наук (05.03.01) / Городецкий Юрий Исаакович; Горьк. гос. ун-т. Горький, 1986. - 36 с.

22. Городецкий, Ю.И. Динамика процесса концевого фрезерования в станках с ЧПУ/ Ю.И. Городецкий, С.Н. Стребуляев; Ред. журн. «Станки и инструмент», -М., 1988. 16 с. - Деп. в ВИНИТИ № 45 - 89.

23. Городецкий, Ю.И. Динамика торцового и цилиндрического фрезерования / Ю.И. Городецкий // Изв. вузов. Машиностроение. 1996. - №1-3. - С.81 - 86.

24. Городецкий, Ю.И. Повышение виброустойчивости и производительности вертикально фрезерных консольных станков / Ю.И. Горецкий // Станки и инструмент. - 1982. - №8. - С.9 -12.

25. Городецкий, Ю.И. Собственные формы колебаний несущей системы консольного вертикально фрезерного станка / Ю.И. Городецкий, Г.В. Маслов // Изв. Вузов. Машиностроение. - 1974. - №8. - С. 149-152.

26. Гришандин, В.Ф. Влияние главного привода на виброустойчивость фрезерных станков/В.Ф. Гришандин, В.В. Климовский //Станки и инструмент-1985 — №1- С. 24-26.

27. Гуляев, В.И. Прикладные задачи теории нелинейных колебаний механических систем / В.И. Гуляев, В.А. Баженов, СЛ. Попов М.: Высш. шк., 1989.-383с.

28. Даниленко, Б.Д. Физико-механические свойства быстрорежущих сталей/ Б.Д. Даниленко //Вестник МГТУ. Серия «Машиностроение».-2002.-№3.-С.57-84.

29. Добрынин, С.А. Методы автоматизированного исследования вибраций машин: справочник / С. А. Добрынин, М.С. Фельдман, Г.И. Фирсов. М.: Машиностроение, 1987. - 224с.

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

31. Дьяконов, В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ / В.П. Дьяконов. М.: Наука, 1987. - 240 с. .

32. Евсеев, Л.Л. Усталостная прочность концевых фрез диаметром 12 мм из быстрорежущей стали Р9МЗК6С и режимы резания для станков с ЧПУ : технологические рекомендации ТР-1.4.513-78. / JI.JI. Евсеев, Г.Н. Иванова. / НИАТ. — М., 1980,- Юс.

33. Егоров, С.Н. Силы резания при обработке концевыми фрезами / С.Н. Егоров, В.И. Прима // Станки и инструмент. 1986. - №12. - С.25.

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

35. Жесткость, точность и вибрации при механической обработке/ Под ред. В.А.Скрагана. М. -Л.:Машгиз, 1956. -194 с.

36. Жилис, В.И. Исследование и анализ спиральных сверл разных конструкций: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Жилис Вольдемар Ильманович; Вильнюс, политехи, ин-т. — Вильнюс, 1969. 19 с.

37. Заковоротный, B.JL Динамика процесса резания. Проблемы самоорганизации и эволюции / B.JI. Заковоротный // Динамика технологических систем: сб. тр./ СГТУ , VII Междунар. науч.-техн. конф. ДТС-2004.-Саратов, 2004.-С. 122-125.

38. Заре В.В. Устойчивость гидросистем металлорежущих станков при регенерации следа/ В.В. Заре // Вопросы динамики и прочности, Рига. 1969. - Вып. 19.-С.171-191.

39. Заре, В.В. Моделирование автоколебаний металлорежущих станков /В.В. Заре// Вопросы динамики и прочности. Рига, 1969. — вып.118. - С. 157-173.

40. Заре, В.В. Оценка некоторых механизмов возбуждения вибрации при точении / В.В. Заре // Автоколебания станков. Вопросы механики и машиностроения: сб. научн. тр./РПИ.-Рига, 1967.-Вып. 6.- С. 15-46.

41. Заре, В.В. Сравнение некоторых условий регенерации следа / В.В. Заре // Вопросы динамики и прочности. Рига, 1968. - вып. 17. — С51-64.

42. Зоммерфельд, А. Механика / А. Зоммерфельд. М.: ИЛ, 1947 - 391 с.

43. Зорев, Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов / Н.Н. Зорев — М.: Машгиз, 1956.-368 с.

44. Ильницкий, И.И. Колебания в металлорежущих станках и способы их устранения / И.И. Ильницкий М - Свердловск: Машгиз, - 1958, - 143 с.

45. Исмаил, Бастами. Увеличение устойчивости к вибрациям тонких концевых фрез / Исмаил, Бастами // Конструирование и технология машиностроения: тр. американ. Об-ва инж.-механиков. М.: Мир,-1986.-№4- С. 100-108.

46. Кабалдин, Ю.Г. Самоорганизующиеся процессы в технологических системах обработки резанием. Диагностика, управление / Ю.Г. Кабалдин, A.M. Шпи-лев. Владивосток: Дальнаука, 1998.- 296с.

47. Кабалдин, Ю.Г. Синергетический подход к анализу динамических процессов в металлорежущих станках / Ю.Г. Кабалдин, А.И. Олейников, А.А. Бурков // СТИН.- 2003.- №1. С. 3-7, - №2. - С.З - 6.

48. Калмыков, В.И. Прочностные испытания и расчеты концевых твердосплавных фрез / В.И. Калмыков, Н.И. Мартынова, Б.П. Прибылов // Прочность режущего инструмента: сб ст. / ВНИИ. М., 1967. - С. 106-116.

49. Капшунов, В.В. Повышение виброустоучивости и производительности концевого фрезерования способом модуляции скорости резания: дис. . канд. техн. наук: 05.03.01 : защищена 19.06.03 / Капшунов Вячеслав Викторович Иркутск, 2003. - 192 с.

50. Каширин, А.И. Исследование вибраций при резании/ А.И.Каширин — М — Л.: Изд-во АН СССР, 1944. 262с.

51. Кедров, С.С. Колебания металлорежущих станков / С.С. Кедров. М.: Машиностроение, 1978. - 199 с.

52. Кириленко, А.Л. Влияние угла наклона спиральной канавки на прочность и жесткость сверл / А.Л. Кириленко // Труды Ленинградского технологического института целлюлозно-бумажной промышленности. Л., 1969 - Вып.24- С.7- 12.

53. Кириленко, А.Л. Расчет деформаций и напряжений концевого режущего инструмента с винтовыми канавками / А.Л. Кириленко, Г.В. Филиппов // Станки и инструмент. 1978. -№1. - С.29-30.

54. Клебанов, М.К. Динамическая устойчивость вертикально фрезерного станка / М.К. Клебанов, Ю.Д. Муравьев // Станки и инструмент - 1973. - №10. -С.20-21.

55. Клушин, М.И. Расчет сил резания при концевом фрезеровании хромонике-левых сталей / М.И. Клушин, Г.В. Гостев, А.А. Зяпаев // Исследования обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов: сб. науч. тр., вып. 4./ Куйбышев, 1976.-С. 46-54.

56. Клюев, В. В. Метод и аппаратура для бесконтактного измерения вибраций металлорежущих станков/ В.В. Клюев // Изв. вузов. Машиностроение. — 1965. — №12.-С. 83-87.

57. Кондоркин, Р.Г. Определение момента инерции сложного поперечного сечения / Р.Г. Кондоркин // Труды Горьковского политехнического института. — 1957.-ТомXII.- Вып. 4-С.105-111.

58. Кондратов, С.Г. Гашение вибраций путем взаимной компенсации автоколебаний / С.Г. Кандрашов//Резание и инструмент № 42 - С.93-99.

59. Кочегаров, Б. Е. Моделирование процесса резания концевыми фрезами / Б.Е. Кочегаров; Дальневост. гос. техн. ун-т. Владивосток, 1996. — 14 с. - Деп. в ВИНИТИ 02.04.96, №1078-В96.

60. Кочинев, Н.А. Экспериментальное определение форм колебаний станков методом импульсного возмущения / Н.А Кочинев // Станки и инструмент. — 1987. -№6. С. 6-10.

61. Кропп, А.Е. Приводы машин с импульсными вариаторами/ А.Е. Кропп. — М.: Машиностроение, 1988. 144 с.

62. Кудинов, В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов. М.: Машиностроение, 1967.-359 с.

63. Кудинов, В.А. Теория вибраций при резании (трении)/ В.А. Кудинов // Передовая технология машиностроения: сб. научн. тр./ АН СССР. М, 1955-С.631-643.

64. Кумабэ, Д. Вибрационное резание: Пер. с яп. / Д. Кумабэ- М.: Машиностроение, 1985. 424 с.

65. Кучма, JI.K. Вибрации при работе на фрезерных станках и методы их гашения/ Л.К. Кучма. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 122с.

66. Лебедев, Т.А. Испытание закаленных сталей на усталость / Т.А. Лебедев, И.Е. Колосов // Циклическая прочность металлов: .Материалы второго совещания по усталости металлов. / Институт металлургии им. И.А. Байкова. Изд-во АН СССР-М, 1962,-С.42-47.

67. Левин, А.И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков / А.И. Левин. М.: Машиностроение, 1978. -184 с.

68. Лищинский, Н.Я. Исследование ударных нагрузок при торцовом фрезеровании / Н.Я.Лищинский, В.Г. Круцило, А.Н.Скачков // Физические процессы при резании металлов: межвуз.сб.науч.тр./ ВолгПИ. Волгоград, 1993, - С.62-66.

69. Лонцих, П.А. Обеспечение качества и управление динамическими процессами технологических систем: монография / П.А. Лонцих. — Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 2003. -236 с.

70. Лурье, А.И. Аналитическая механика /А.И. Лурье М.: Физматгиз, 1961 — 824 с.

71. Макаров, А.Д. Оптимизация процессов резания / А.Д. Макаров — М.: Машиностроение, 1976.-278 с.

72. Марков, А.И. Ультразвуковая обработка материалов / А.И. Марков М.: Машиностроение, 1980.-237 с.

73. Махаринский Е.И., Горохов В.А. Основы технологии машиностроения: учебник / Е.И. Махаринский, В.А. Горохов. -Мн.: Высш. шк., 1997. 423 с.

74. Михайлюк, Э. А. Фрезерование с вынужденными колебаниями низкой частоты / Э.А. Михайлюк, Я.И. Солер // Машиностроитель. 1979—№12.-С. 22-23.

75. Мурашкин, JI.C. Прикладная нелинейная механика станков /JI.C. Мурашкин, C.JI. Мурашкин. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977. - 192 с.

76. Нагорняк, С.Г. Синтез сборных торцовых фрез с у пру го демпфирующими элементами / С.Г. Нагорняк, К.В.Зеленский // Технология механической обработки и сборки: сб. науч. тр. / Тул. гос. ун-т Тула, 1975. - С.123-126.

77. Напряженно деформированное состояние и прочность режущих элементов инструментов / Е.В. Артамонов и др.; под ред. М.Х. Утешева. - М.: ООО «Недра: Бизнесцентр», 2001, - 199 с.

78. Нерубай, М.С. Физико-механические методы обработки материалов / М.С. Нерубай. Куйбышев: Изд-во КуАИ, 1979 - 92с.

79. Николис, Г. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипатив-ных структур к упорядоченности через флуктуации: пер. с англ. / Г. Николис, И. Пригожин-М.: Мир, 1979.-512с.

80. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2-х т.: Т. 1/ А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, В. А. Батуев и др. М.: Машиностроение, 1991.-640 с.

81. Определение амплитудно-фазовой частотной характеристики станков средних размеров и ее анализ: метод, рекомендации. М.: ЭНИМС, 1974. — 37 с.

82. Орликов, М.Л. Динамика станков / М.Л. Орликов. 2-е изд. - К.: Выш. шк., 1989.-272 с.

83. Остафьев, В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента / В.А. Остафьев. — М.: Машиностроение, 1979 168 с.

84. Пановко, Я.Г. Введение в теорию механических колебаний / Я.Г. Пановко. — М.: Наука, 1971,- 239 с.

85. Пат. 2212311 Российская Федерация, МПК7 В 23С 5/16. Сборный режущий инструмент/ В.М. Свинин, А.А.Кулеш, С.В. Савоськина, В.В. Капшунов; опубл.20.09.2003, Бюл. №26. -5с.

86. Пат. 2283730 Российская Федерация, МПК7 В23В 37/00. Головка для вибрационного резания /В.М.Свинин, О.П. Спичкин; опубл. 20.09.2006, Бюл. № 28.-8с.

87. Писаренко, Г.С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии / Г.С. Писаренко, А.А. Лебедев— Киев: Наукова думка, 1976.-415 с.

88. Подураев, В.Н. Динамическая модель элементов технологической системы с учетом кинематической нестабильности процесса резания / В.Н. Подураев, В.И. Малыгин, Л.В. Кремлева // Вестник машиностроения. 1996. -№6. - С.18 - 23.

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

90. Подураев, В.Н. К теории гашения автоколебаний при механической обработке с осциллирующей подачей / В.Н. Подураев, В.Ф.Горнев, В.В. Бурмистров // Изв. вузов. Машиностроение.-1974.-№11. С. 12-14.

91. Подураев, В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов / В.Н. Подура-ев.- М.: Высшая школа, 1974. 587с.

92. Попов, В.И. Динамика станков / В.И. Попов, В.И. Локтев. К.: Изд-во Техшка, 1975, — 136 с.

93. Прибылов Б.П. Разработка методики исследования касательных напряжений в инструментах, работающих на кручение / Б.П. Прибылов //Разработка методов расчета сверл на прочность: руководящие материалы. / ВНИИ. М., 1965. — С.5-24.

94. Прибылов, Б.П. Новые формулы для расчета сверл на прочность / Б.П. Прибылов, Ю.З. Авдеев, У.С. Саидкаримов. // Разработка методов расчета сверл на прочность: руководящие материалы. / ВНИИ. М., 1965. — С.25-30.

95. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: справочник /В.И. Баранчиков и др.; под общ. ред. В. И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990.-400 с.

96. Пузанов, Ю.В. Исследование устойчивости движения системы при торцовом фрезеровании: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Пузанов Юрий

97. Васильевич; Ленингр. политехи, ин-т. Ленинград., 1980. - 18 с.

98. Развитие науки о резании металлов / В.Ф.Бобров и др. М.: Машиностроение, 1967. - 416 с.

99. Раздобрев, А.Х. О мгновенных, средних и экстремальных значениях сил резания при фрезеровании / А.Х. Раздобрев // Изв. вузов. Машиностроение— 1965.-№5.- С. 177-187.

100. Резников, А.Н. Исследование напряжений в сверлах / А.Н. Резников, М.Д. Смирнов, Г.Г. Яшин //Станки и инструмент. 1965. - №9 - С.6-7.

101. Решетов, Д.Н. Возбуждение и демпфирование колебаний в станках / Д.Н. Решетов, З.М. Левина // Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов: сб. научн. тр. -М.: Машгиз, 1958. — С.87-153.

102. Розенберг, A.M. Динамика фрезерования /A.M. Розенберг. М.: Советская наука, 1945.-360 с.

103. Розенберг, A.M. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / A.M. Розенберг, О.А. Розенберг К.: Наук. Думка, 1990. - 320 с.

104. Розенберг, A.M. Теория работы цилиндрической фрезы со спиральным зубом /A.M. Розенберг, Б.В. Суднишников // Вестник металлопрмышленности. -1933.-№4.-С. 36-47.

105. Розенберг, Ю. А. Расчет сил резания при контурном фрезеровании криволинейных поверхностей / Ю.А. Розенберг, С.И. Тахман // Вестник машиностроения.- 1993 .-№2.- С. 38-41.

106. Рубаник, В.П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием / В.П.Рубаник. М.: Наука, 1969. - 287 с.

107. Рудник С.С. Основы теории фрезерования / С.С. Рудник. К.: Изд-во КПИ, 1962.-80 с.

108. Рыжиков, Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технологии / Ю.И. Рыжиков, СПб.: Изд-во КОРОНА принт., - М.: Изд-во Альтекс-А, 2004.-324 с.

109. Санкин, Ю.Н. Динамика несущих систем металлорежущих станков / Ю.Н. Санкин. М.: Машиностроение, 1986. - 96 с.

110. Свинин В.М. Влияние режимов резания и геометрии инструмента на усадку стружки / В.М. Свинин, В.Ю. Кузнецов, Н.Г. Переломов // Металлореж. и кон-трольно-изм. ин-т. мЭкспресс-инф.» , НИИмаш.-1980.-№ 4. С. 4-6.

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

112. Свинин, В. М. Исследование устойчивости движения и оптимизации технологических параметров при черновом концевом фрезеровании: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08: защищена 10.04.80/Свинин Валерий Михайлович.-Л., 1980.-341с.

113. Свинин, В. М. К вопросу о нахождении следа при моделировании концевого фрезерования / В.М. Свинин, В.В. Капшунов // Вестник ЧитГТУ. -1999. вып. 12.-С. 126-130.

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

115. Свинин, В.М. Исследование регенеративных автоколебаний при многолезвийной обработке /В.М. Свинин //Обработка металлов.-2005. -№3.(28)-С. 28-30.

116. Свинин, В.М. Исследование условий возбуждения и гашения регенеративных автоколебаний в процессе резания //Обработка металлов. 2005. -№1(26). -С.29-31.

117. Свинин, В.М. Кинетостатический расчет устройства вибрационного резания/ В.М. Свинин, В.Н. Антропов, Л.Я. Калашникова // сб.науч.тр./ Вестник ЧитПИ, Вып.З. М.: Изд-во МГГУ, 1996.- С.289-302.

118. Свинин, В.М. Механизм регенерации вторичных автоколебаний в процессе резания / В.М. Свинин //Обработка металлов. 2005. -№2(27). - С.39^11.

119. Свинин, В.М. Оптимизация конструктивных параметров привода шпинделя вибрационного резания / В.М.Свинин, Л.Я.Калашникова // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства: сб. науч. тр./ Тульск. политехи, ин-т.- Тула, 1990. С.63-73.

120. Свинин, В.М. Распределение напряжений в теле концевых фрез и расчет их прочности / В.М. Свинин, Н.Г. Переломов, В.Ю. Кузнецов // Труды Читинского политехи, ин-та. Чита, 1980 - С. 34—39.

121. Соколовский, А.П. Вибрации при работе на металлорежущих станках / А.П. Соколовский // Исследование колебаний металлорежущих станков при резании металлов: сб. научн. тр. -М.: Машгиз, 1958 С.3-23.

122. Справочник инструментальщика /И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н. Шевченко и др. Л.: Машиностроение, 1987. - 846 с.

123. Справочник конструктора-инструментальщика: под. общ. ред. В. И. Баран-чикова-М.: Машиностроение, 1994. 560 с.

124. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т., Т. 1 /Под ред. А.Г. Ко-силовой и Р.К.Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, 656 с.

125. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т, Т. 2 / под ред. А.Г. Ко-силовой и Р.К.Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.-496 с.

126. Стокер, Д. Нелинейные колебания в механических и электрических системах / Д. Стокер. М.: Изд-во ИЛ, 1952. - 264 с.

127. Стрелков, С.П. Введение в теорию колебаний / С.П. Стрелков. М—Л.: Машгиз, 1951.-344 с.

128. Сугахара, Кадзухито. Фрактография режущего инструмента / Кадзухито Су-гахара // Киндзоку дзайрё, Metals engineering 1974 - №12 - С. 49-52.

129. Сумский, С.Н. Расчет кинематических и динамических характеристик плоских рычажных механизмов: справочник / С.Н. Сумский М.: Машиностроение, 1980.-312с.

130. Татаринов, В.Л. Способ улучшения токарных и строгальных станков путем применения вибрационного движения резца / В.Л.Татаринов // Вестник общества технологов 1909.-№17.

131. Ташлицкий, И. И. Явления запаздывания усилий при прерывистом резании с переменной толщиной среза / И.И. Ташлицкий // Вестник машиностроения. — 1969.- №4.- С. 67-68.

132. Ташлицкий, Н.И. Первичный источник автоколебаний при резании металлов / Н.И. Ташлицкий // Вестник машиностроения 1960. —№2.— С. 45 - 50.

133. Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле : пер. с англ. / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер М.: Машиностроение, 1985. - 472 с.

134. Тимошенко, С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко. М.: ОНТИ, 1937 — 451 с.

135. Титов, Г.Н. Прочность метчиков / Г.Н. Титов // Высокопроизводительное резание в машиностроении: сб. ст. /Наука-М., 1966 С. 234-239.

136. Ткачевская, Г.Д. Термическая обработка сварного инструмента из новых быстрорежущих сталей / Г.Д. Ткачевская // Электротехническая промышленность. Серия «Электросварка». 1971. - Вып. № 6. - С.3-6.

137. Ткемаладзе, Г.Н. Усталостная прочность быстрорежущих сталей / Г.Н. Тке-маладзе //Станки и инструмент 1973.- №2 - С. 29-30.

138. Тлустый, И. Автоколебания в металлорежущих станках / И. Тлустый. М.: Машиностроение, 1956. -234 с.

139. Фролов, А.Н. Повышение виброустойчивости фрезерования на основе использования торцовых фрез переменной жесткости: автореф. дис. . канд. техн. наук (05.03.01) / Фролов Андрей Николаевич; Тул. гос. ун-т. — Тула, 2005. 16 с.

140. Фу, Девор, Капур. Модель для расчета систем сил, возникающих при торцовом фрезеровании // Конструирование и технология машиностроения. М.: Мир, 1984.-т. 106.-№ 1.-С. 148- 157.

141. Хает, Г.Л. Прочность режущего инструмента / Г.Л. Хает М.: Машиностроение, 1975 — 168 с.

142. Хакен, Г. Синергетика: Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах: пер. с англ. / Г. Хакен. М.: Мир, 1985. - 423с.

143. Химмельблау, Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Хим-мельблау. -М.: Мир, 1975 234 с.

144. Хитрик, В.Э., Моделирование динамической характеристики процесса фрезерования / В.Э. Хитрик, Ю.Г. Перченок // Адаптация, моделирование и диагностика систем: сб. научн. трудов. / КуАИ Куйбышев, 1983 - С.39 - 49.

145. Шадский, Г. В. Адаптивный способ повышения виброустойчивости токарного станка / Г.В. Шадский, С.Ф.Золотых // СТИН. 2001. - №9. - С. 18-22.

146. Шаламов, В. Г. Выбор разношагости зубьев фрез / В. Г. Шаламов // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки : сб. статей—Челябинск, -1991.- С. 14-22.

147. Шаламов, В.Г. Теоретические основы взаимосвязи параметров инструмента с динамикой фрезерования листовых заготовок: автореф. дис. . докт. техн. наук (05.03.01) / Шаламов Виктор Георгиевич; Челяб. политехи, ин-т. Челябинск, 1990.-34 с.

148. Шашурина, З.М. Прочностные расчеты при модернизации конструкции спиральных быстрорежущих сверл / З.М. Шашурина, Б.П. Прибылов // Прочность режущего инструмента: сб ст. / ВНИИ. М., 1967. - С.100-105.

149. Шишов, Г.Я. Исследование зависимости частоты и амплитуды автоколебаний от частоты вращения фрезы / Г.Я. Шишов//Станки и инструмент. — 1985. — №7.- С.6-7.

150. Шнепс, В. А. Экспериментальное исследование влияния синусоидального изменения скорости на устойчивость резания / В.А. Шнепс // Вопросы динамики и прочности-Рига, 1970. вып. 20. - С. 123-130.

151. Экспериментальное исследование статической жесткости станков. Руководящие материалы по составлению баланса упругих перемещений / Под ред. Д.Н.Решетова. -М.: ЦБТИ. 1957. -АО с.

152. Эльясберг, М. Е. Повышение устойчивости автоколебательной системы станка при воздействии периодического низкочастотного изменения скорости резания / М.Е. Эльясберг, М.Г. Биндер // Станки и инструмент. 1989. - №10. - С. 19-21, №11. С. 6-8.

153. Эльясберг, М.Е. Автоколебания металлорежущих станков / М.Е. Эльясберг. -Издание ОКБС.- С.-Петербург, 1993,- 180 с.

154. Эльясберг, М.Е., Экспериментальное определение параметров обрабатываемого материала, влияющих на устойчивость против автоколебаний и расчет станков / М.Е. Эльясберг, И.А.Савинов // Станки и инструмент- 1979.- №12. -С.23-27.

155. Ямникова, О.А. Виброустойчивость процесса лезвийной обработки нежестких валов: автореф. дис. . докт. техн. наук (05.03.01) / Ямникова Ольга Александровна; Тул. гос. ун-т Тула, 2004. - 40 с.

156. Albrecht P. Dynamics of Metal Cutting Process./ Trans, of ASME, 1965, Vol. 87, pp.429-441.

157. Altintas Y. Modeling approaches and software for predicting the performance of milling operations at MAL-UBC // Machining science and technology. 2000. -№4(3). - P. 445^78.

158. Altintas, Y. Analytical Prediction of Stability Lobes in Ball End Milling. / Y. Altintas, E. Shamoto, P. Lee, E. Budak // ASME J. Manuf. Sci. Eng. 1999. - Vol. 121. -P. 586-592.

159. Arnold R.N. The Mechanism of Tool Vibration in the Cutting of Steel.//Proc. Inst. Mech. Eng., Vol. 154. London, 1946, pp.261-276.

160. Budak, E. An Analytical Design Method for Milling Cutters With Nonconstant Pitch to Increase Stability, Part 1: Theory; Part 2: Application. //ASME J. Manuf Sci. Eng. 2003. - Vol. 125. - P. 29-38.

161. Campomanes, M.L. An Improved Time Domain Simulation for Dynamic Milling at Small Radial Immersions / M.L. Campomanes, Y. Altintas //ASME J. Manuf Sci. Eng.-2003.-Vol. 125.-P. 416-422.

162. Doi S., Kato S. Chatter Vibration of Lather Tools./ Trans, of ASME, 1956, Vol. 78, pp. 1127-1134.

163. Doolan P., Phadke M.S., Wu S.M. Computer Design of a Vibration Free Face Milling Cutter. / ASME J. Eng. Indus., V. 97. №. 3, 1975, pp. 925-930.

164. Hahn R.S. Vibrations of flexible precision grinding spindles. /Trans. ASME, Vol. 81, №3, 1954.

165. Hanna N.H., Tobias S.A. A Theory of Nonlinear Regenerative Chatter./ Trans, of ASME, 1974, Vol. 96, pp. 247-255.

166. Inamura Т., Sata T. Stability Analysis of Cutting Under Varying Spindle Speed./CIRP Ann., 1974, Vol. 23, pp. 119-120.

167. Ismail F., Kubica E. G. Active Suppression of Chatter in Peripheral Milling. Part. 1. A Statistical Indicator to Evaluate the spindle Speed Modulation Method. // Int. J. Adv. Manuf, Technol. 1995. - №10. - P. 299-310.

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

169. Jemielniak K., Widota A., Suppression of Self-excited Vibration by the Spindle Speed Variation Method./ Int. J. Mach. Tool Des. Res., 1984, Vol. 24, pp. 207-214.

170. Jensen, S.A. Stability Analysis in Face Milling Operations, Part 1: Theory of Stability Lobe Prediction; Part 2: Experimental Validation and Influencing Factors. / S.A. Jensen, Y.C. Shin//ASME J. Manuf. Sci. Eng. 1999. - Vol. 121. - P. 600-614.

171. Kline W.A., DeVor R.E., Lindberg J.R. The prediction of cutting forces in end milling with application to cornering cuts. // Int. J. Mach. Tool Des. Res., Vol. 22, №1,1982, p. 7.

172. Kondo Y., Kawano O., Sato H. Behavior of self excited chatter due to multiple regenerative effect/ ASME J. Eng. Indus., 1981, 103, №3, pp.324 - 329.

173. Kubica E. G., Ismail F. Active Suppression of Chatter in Peripheral Milling. Part.II. Application of Fuzzy Control // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 1996. - №12. -P. 236-245.

174. Lee A.C., Liu C.S. Analysis of chatter vibration in the end milling process, Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol.31, No. 4, 1991, pp. 471 479.

175. Lee A.C., Liu C.S., Chiang S.T. Analysis of Chatter Vibration in a Cutter-Workpiece System// Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol.31, No. 2, 1991, pp.221 234.

176. Li, H. A Comprehensive Dynamic End Milling Simulation Model. / H. Li, Y.C. Shin //ASME J. Manuf. Sci. Eng. 2006. - Vol. 128. - P. 86-95.

177. Lin S.C., DeVor R.E., Kapoor S.G. The Effects of Variable Speed Cutting on Vibration Control in Face Milling. / ASME J. Eng. Indus., 1990, Vol. 112, P. 1.

178. Mann, B.P. Simultaneous Stability and Surface Location Error Predictions in Milling. / B.P. Mann, K.A. Young, T. L. Schmitz, Dilley //ASME J. Manuf. Sci. Eng. -2005. Vol. 127. - P. 446-453.

179. Matsubara Т., Yamamoto H., Mizumoto H. Study on Regenerative Chatter with Dynamic Cutting Force.//Bull. Japan Soc. of Eng., 1985. Vol. 19, No.4, pp.260-265.

180. Merritt H. E. Theory of Self-Excited Machine Tool Chatter. /ASME J. Eng. Indus., 1965, Vol. 87, pp. 447-454.

181. Ota H., Kondo E., Yamada T. Regenerative chatter vibrations of turning work-pieces (two degrees of freedom and their stability criteria)/ JSME Intern. J., ser. Ill, 1989, 32, №1, pp.142-149.

182. Ota H., Kono K. On Chatter Vibrations of Machine Tool or Work Due to Regenerative Effect and Time Lag.// ASME J. Eng. Indus., 1974, Vol. 96, No. 4, pp.1337 -1346.

183. Ota,H., Mizutani, K., Kawai, T. On the Occurrence of Regenerative Chatter Vibrations.// JSME Int. J., 1987, Vol.30, No.262, pp. 661-669.

184. Radulescu R. A. General Cutting Process Model for High Speed Machining Dynamic and Thermal Considerations. PhD Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1993.

185. Sagherian, R. A Simulation System for Improving Machining Accuracy in Milling. / R. Sagherian, M.A. Elbestawi // Computers in Industry 1990. - No. 14. - P. 293-305.

186. Sastry Sridhar, Kapoor Shiv G, DeVor Richard E., Dullerud Geir E. Chatter stability analysis of the variable speed face-milling process. / ASME J. Eng. Indus., 2001, Vol. 123, pp. 753-756.

187. Sastry Sridhar, Kapoor Shiv G, DeVor Richard E. Floquet theory based approach for stability analysis of the variable speed face-milling process. / ASME J. Eng. Indus, 2002, Vol. 124, pp. 10-17.

188. Schroder K.H. Modell zur ermittlung der werkzeugerbiegung beim schaftfrasen. //Industrie-Anzeiger. 1975. 97. №85. pp. 1824- 1825.

189. Sexton J.S, Milne R.D, Stone B.J. A Stability Analysis of Single Point Machining with Varying Spindle Speed. / Appl. Math. Model, 1977, Vol. 19, pp. 310-318.

190. Sexton J.S, Stone B.J. An Investigation of the Transient Effects During Variable Speed Cutting./ J. Mech. Eng. Science, 1980, p. 107.

191. Slavicek J. The Effect of Irregular Tooth Pitch on Stabiloy of Milling. / 6th MTDR Conference, Manchester, 1965, pp. 15-22.

192. Smith, S, Tlusty, J. Update on High-Speed Milling Dynamics. / ASME J. Eng. Indus, 1990, Vol. 112, pp. 142-149.

193. Stepan, G. Nonlinear Regenerative Machine Tool Vibrations. / G. Stepan, T. Kalmar-Nagy // Proceedings of the 1997 ASME Design Engineering Technical Conference, Sacramento, CA, No. DETC97/VIB-4021 (CD-ROM). P. n/a.

194. Stoferle T, Grab H. Vermeiden von Ratterschwingungen durch Periodische Drehzahlanderung./ Werkstatt und Betrieb, 1972, Vol. 105, pp. 727-730.

195. Takemura T, Kitamura, Hoshi T. Active suppression of chatter by programmed variation of spindle speed. / Annals of CIRP, 1974. Vol. 23, pp. 121-122,

196. Tlusty J. What's new in metalcutting research. / American machinist and automated manufacturing, 1987, 131, №10, pp. 74-75.

197. Tlusty J, Ismail F. Basic non-linearity in machining chatter. // CIRP Ann, 1981,30. №1, рр.299-304.

198. Tlusty J., MacNeil P. Dinamics of cutting forces in end milling. // CIRP Ann., 1975. 24. №1, pp. 21-25.

199. Tlusty J., Polacek M. The Stability of Machine Tools Against Self-Excited Vibrations in Machining. /ASME International Research in Production Engineering, 1963, pp. 465-474.

200. Tlusty J., Zaton W., Ismail F. Stability Lobes in Milling.//Annals of the CIRP., 1983, Vol. 32, No. 1, pp.309-313.

201. Tobias S. A., Fishwick W. A. The Chatter of Lathe Tools Under Orthogonal Cutting Conditions./ Trans, of ASME, 1958, Vol. 80, pp. 1079-1088.

202. Tonshoff H. K., BuBmann W. SchwingungseinfluB auf die Standzeit beim Stirn-frasen // VDI Zeitschrift. - 1990. - №8. - S. 68-75.

203. Week M., Beer C., Gnoyke R., Erhohung der ProzePstabilitat durch ungleich-geteilte Fraser// VDI-Zeitschrift.-1991.-№7.-S. 64-70.

204. Wiercigroch, M. Sources of Nonlinearities, Chatter Generation and Suppression in Metal Cutting. / M. Wiercigroch, E. Budak //Phil. Trans. Soc, Lond. A. 2001. -Vol. 359.-P. 663-693.

205. Yilmas, A. Machine Tool Chatter Suppression by Multi-Level Random Spindle Speed Variation. / A. Yilmas, E. Al-Regib, J. Ni // ASME J. Manuf. Sci. Eng. 2002. -Vol. 124.-P. 208-216.

206. Zhang H., Ni Jun, Shi H. Machining Chatter Suppression by Means of Spindle Speed Variation, Part 1, Numerical Simulation; Part 2, Experimental Investigation. /Proceedings of the First S. M. Wu Symposium on Manufacturing Science, 1994, pp. 161-175.