Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08

АНАЛІЗ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВИСОКОШВИДКІСНИХ ШПИНДЕЛЬНИХ ВУЗЛАХ МЕТАЛОРІЗАЛЬНИХ ВЕРСТАТІВ З ВРАХУВАННЯМ РІЗНИХ ВИДІВ НЕЛІНІЙНОСТІ

DYNAMIC PROCESSES ANALYSIS IN HIGH-SPEED SPINDLE ASSEMBLIES OF MACHINES TOOL WITH ACCOUNT DIFFERENT TYPES NONLINEARITY

 Сторінки: 130-135. Номер: №1, 2022 (305) 
 Автори:
СТЕПЧИН Я. А.
https://orcid.org/0000-0001-8912-8446
e-mail: tmkts_syaa@ztu.edu.ua
ОТАМАНСЬКИЙ В. В.
https://orcid.org/0000-0002-5654-9049
e-mail: mvs_ovv@ztu.edu.ua
МАЛИШЕВ І. П.
e-mail: yukiterugun@gmail.com
Державний університет «Житомирська політехніка»

Yaroslav STEPCHYN, Valentyn OTAMANSKYI, Illia MALYSHEV
Zhytomyr Polytechnic State University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-305-1-130-135

Анотація мовою оригіналу

 Продуктивність та точність обробки деталей машин часто залежить від динамічних процесів, що виникають під час роботи верстата та здійснення процесу різання. Зростання вимог до інтенсифікації процесів обробки та якості виготовлення деталей машин призводить до необхідності оцінки та врахування усіх можливостей технологічної оброблювальної системи (ТОС) для забезпечення усталеності процесу обробки різання та підвищення її швидкодії. Однією з особливостей виникнення та існування автоколивальних процесів, найменш вивченими та небезпечними за впливом на усталеність ТОС, є нелінійність параметрів пружної системи верстата та процесів, що відбуваються при різанні. Тому для оцінки умов здійснення різання з усталеною обмеженою амплітудою коливань необхідний аналіз та врахування основних нелінійностей динаміки ТОС.
У статті виконано розгляд динамічних процесів у високошвидкісних обробних системах на прикладі високоточних шпиндельних вузлів, з аналізом і подальшим врахуванням різних видів їх не лінійності.
Для випадку високошвидкісної обробки шпиндельний вузол верстата наближається за умовами своєї роботи до схеми роботи роторної системи, в якій автоколивання можуть обумовлюватися дією неконсервативних сил циркуляційного типу, не пов’язаними з зовнішніми періодичними навантаженнями або будь-якими резонансними співвідношеннями: силами внутрішнього тертя, аеродинамічними та гідродинамічними силами в підшипниках ковзання та ущільненнях, електродинамічними та електромагнітними силами у електричних складових моторшпинделів.
Показано, що у випадку коли нелінійність пов’язана тільки з силами внутрішнього та зовнішнього тертя і коефіцієнти сил тертя не залежать від частоти, амплітуда і частота автоколивань (на відміну від лінійної системи) буде залежати тільки від співвідношення сил тертя.
Ключові слова: ТОС; автоколивальний процес; циркуляційні сили; високошвидкісний шпиндельний вузол; нелінійні сили тертя.

Розширена анотація англійською  мовою

The productivity and accuracy machine parts often depend on the dynamic processes during machine and cutting operation. The increase requirements for machining operation and quality machine parts leads to the need to evaluate and take into account all the capabilities of the technological processing system (TS) to ensure the stability of the cutting process and increase speed. One of the features emergence and existence of self-oscillating processes, the least studied and dangerous in terms of the effect on sustainability ТS is the nonlinearity parameters elastic system of the machine tool and the processes occurring during cutting operation. Therefore, to assess the conditions for implementation of the cutting process with a steady limited amplitude of oscillations, it is necessary to analyze and take into account the main nonlinearities dynamics of the TS.
The article considers dynamic processes in high-speed processing systems on the example of high-precision spindle assemblies, with analysis and following review of their different types nonlinearity.
The machine tool spindle unit for the case of high-speed processing according to the working conditions approaches the scheme of the rotor system which self-oscillations can be caused by the action of non-conservative circulation-type forces that are not associated with external periodic loads or any resonant relationships: internal friction forces, hydrodynamic forces in sliding bearings and seals, electrodynamic and electromagnetic forces in the electrical components of motor-spindles.
It is shown that if the nonlinearity is associated only with internal external friction and coefficients of friction forces do not depend on frequency, the amplitude and frequency of self-oscillations (unlike linear system) will depend only on relationship of friction forces.
Keywords: TS; self-oscillating process; circulating forces; high-speed spindle assembly; nonlinear friction forces.

Література

  1. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов : учеб. пособие для вузов. М. : “Висшая школа”, 1974. 587 с.
  2. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л. : Машиностроение, 1986. 184 с.
  3. Орликов М.Л. Динамика станков. К. : Вища школа, 1989. 272 с.
  4. Свинин В.М. Управление регенеративними автоколебаниями при фрезеровании на основе модуляции скорости резания. Автореферат дисертации на соискание научной степени доктора технических наук. Иркутск. ИГТУ. 2008. 26 с.
  5. Пукач П. Я. Методи аналізу динамічних процесів у нелінійних неавтономних механічних системах різної структури. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 – динаміка та міцність машин. Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2014. 40 с.
  6. Вибрации в технике: Справочник в 6 т. Том 3. Колебания машин, конструкций и их элементов. Под ред. Ф.М. Диментберга и К.С. Колесникова. Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1980. – 544 с.
  7. Струтинский В.Б., Мельничук П.П. Математичне моделювання металорізальних верстатів: Монографія. Житомир: ЖІТІ, 2002. 570 с.
  8. Вибрации в технике: Справочник. В 6 т. Ред. совет: В. Н. Челомей (пред.). М. : Машиностроение, 1979 ‒ Т. 2. Колебания нелинейных механических систем. Под ред. И. И. Блехмана. 1979. 351 с.
  9. Мельничук П.П. Наукові основи чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь. Автореферат на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук. Київ. НТУУ “КПІ”. 2002. 26 с.
  10. Струтинский В.Б. Математичне моделювання процесів та систем механіки: Підручник. В.Б. Струтинский – Житомир: ЖІТІ, 2001. 612 с.
  11. Кудинов В.А. Автоколебания на низких и высоких частотах (устойчивость движений) при резании. Станки и инструмент. 1997. № 2. С 16–22.
  12. Merritt H. E. Theory of Self-Excited Machine Tool Chatter. ASME J. Eng. Indus., 1965, Vol. 87, pp. 447-454.
  13. Hanna N.H, Tobias S.A. A Theory of Nonlinear Regenerative Chatter. Trans, of ASME, 1974, Vol. 96, pp. 247-255.
  14. Vyhovskyi H., Plysak M., Balytska N., Melnyk O., Hlembotska L. Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint «Spindle Assembly-Face Milling Cutter» While Machining Planes. In: Tonkonogyi V. et al. (eds) Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. 2021. P. 258–268. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-68014-5_26

References

  1. Poduraev V.N. Rezanie trudnoobrabatyvaemyh materialov: Ucheb. posobie dlya vuzov. – M.: “Visshaya shkola”, 1974. – 587 s.
  2. Zharkov I.G. Vibracii pri obrabotke lezvijnym instrumentom / I.G. Zharkov – L.: Mashinostroenie, 1986. – 184 s.
  3. Orlikov M.L. Dinamika stankov / M.L. Orlikov. – K.: “Visha shkola”, 1989. – 272 s.
  4. Svinin V.M. Upravlenie regenerativnimi avtokolebaniyami pri frezerovanii na osnove modulyacii skorosti rezaniya. Avtoreferat disertacii na soiskanie nauchnoj stepeni doktora tehnicheskih nauk. – Irkutsk. 2008. – 26 s.
  5. Pukach P. Ya. Metody analizu dynamichnykh protsesiv u neliniinykh neavtonomnykh mekhanichnykh systemakh riznoi struktury. – Avtoreferat dysertatsii na zdobuttia naukovoho stupenia doktora tekhnichnykh nauk za spetsialnistiu 05.02.09 – dynamika ta mitsnist mashyn. – Natsionalnyi universytet «Lvivska politekhnika», Lviv, 2014. – 40 s.
  6. Vibracii v tehnike: Spravochnik v 6-ti t. Tom 3. Kolebaniya mashin, konstrukcij i ih elementov. Pod red. F.M. Dimentberga i K.S. Kolesnikova. Red. sovet: V.N. Chelomej (pred.). ‒ M.: Mashinostroenie, 1980. – 544 s.
  7. Strutynskyi V.B., Melnychuk P.P. Matematychne modeliuvannia metalorizalnykh verstativ: Monohrafiia. – Zhytomyr: ZhITI, 2002. – 570 s.
  8. Vibracii v tehnike: Spravochnik. V 6-ti t. /Red. sovet: V. N. Chelomej (pred.) ‒ M.: Mashinostroenie, 1979 ‒ T. 2. Kolebaniya nelinejnyh mehanicheskih sistem /Pod red. I. I. Blehmana. ‒ 351 s.
  9. Melnychuk P.P. Naukovi osnovy chystovoho tortsevoho frezeruvannia ploskykh poverkhon. Avtoreferat na zdobuttia naukovoho stupenia doktora tekhnichnykh nauk. – Kyiv. NTUU “KPI”. 2002. – 26 s.
  10. Strutynskyi V.B. Matematychne modeliuvannia protsesiv ta system mekhaniky: Pidruchnyk. / V.B. Strutynskyi – Zhytomyr: ZhITI, 2001. – 612 s.
  11. Kudinov V.A. Avtokolebaniya na nizkih i vysokih chastotah (ustojchivost dvizhenij) pri rezanii / Kudinov V.A. // Stanki i instrument. – 1997. – № 2. – S 16–22.
  12. Merritt H. E. Theory of Self-Excited Machine Tool Chatter. /ASME J. Eng. , 1965, Vol. 87, pp. 447-454.
  13. Hanna N.H, Tobias S.A. A Theory of Nonlinear Regenerative Chatter./ Trans, of ASME, 1974, Vol. 96, pp. 247-255.
  14. Vyhovskyi H., Plysak M., Balytska N., Melnyk O., Hlembotska L. Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint «Spindle Assembly-Face Milling Cutter» While Machining Planes. In: Tonkonogyi V. et al. (eds) Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. 2021. P. 258–268. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-68014-5_26

Post Author: Горященко Сергій

Translate