НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o857.pdf (1086.19Кб)

УДК 534.1, 621.01, 621.914

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана НИЦ "Курчатовский институт"

Обработка резанием пластичных материалов сопровождается появлением большого количества сливной стружки. В случае обработки сверлением стружка забивает каналы отвода, что недопустимо в производстве. Поэтому одной из важных задач машиностроения является обеспечение дробления стружки при сверлении.
Основным способом дробления стружки при сверлении является сообщение инструменту осевых периодических перемещений. Амплитуды этих движений должны быть достаточной величины для того, чтобы инструмент периодически выходил из материала в зоне резания, и стружка дробилась. Существуют два способа осуществления указанных осевых перемещений инструмента: внешнее гармоническое возбуждение и настройка на автоколебательный режим.
Данная работа посвящена вибропатронам автоколебательного принципа действия. Принцип их работы основан на отборе энергии, направленной на реализацию рабочего процесса, и перенаправление её на осевые колебательные перемещения инструмента. В случае, когда амплитуда и фаза колебаний устанавливаются определенным образом, возможен периодический выход режущих кромок из материала в зоне резания и сегментация стружки. Конструкции таких вибропатронов обязательно должны включать в себя упругий элемент, обеспечивающий требуемую податливость в осевом направлении. При этом следует избегать избыточно больших амплитуд и частот колебаний из-за опасности повышенного износа и накопления усталостных повреждений. Амплитуды колебаний не должны значительно превышать минимальных величин, обеспечивающих дробление стружки.
Трансформация энергии рабочего процесса в энергию полезных осевых колебаний происходит за счет регенеративного механизма («резание по следу») и возможна при определённых диапазонах значений параметров обработки. Поэтому, для обеспечения дробления стружки, необходимо не только внедрение вибропатронов в систему крепления инструмента, но и разработка рекомендаций по выбору режимов обработки с тем, чтобы сверление происходило на автоколебательных режимах. Разработка таких рекомендаций невозможна без наличия соответствующих математических моделей, примеры которых описаны в данной статье.

1. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. 350 с.
2. Кумабэ Д. Вибрационное резание: пер. с япон. М.: Машиностроение, 1985. 424 с.
3. Бабенко О.А., Еленевич В.Б., Забродский А.В., Сычёв В.В. Вибросверлильное устройство: пат. 897411 СССР. 1982.
4. Najima K ., Tsuyuguchi H. Vibration cutting tool: pat. 339144/90 Japan. 1990.
5. Jallageas J., K’nevez J.Y., Cherif M., Cahuc O. Modeling and optimization of vibration-assisted drilling on positive feed drilling unit // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013. Vol. 67. P. 1205-1216.
6. Попов В . Е ., Вайншенхер Э . А ., Маргулис М . М . Электрогидравлический привод вибросверлильного станка с программным управлением : пат. 510351 СССР. 1976.
7. Балабанов Н.И., В.П. Логинов, Тучинский В.Л. Вибросверлильная головка: пат. 623658 СССР. 1978.
8. Беневольский В.Ф., Макаров Б.Г., Силин Н.С., Уткин Н.Ф. Инструмент для виброобработки глубоких отверстий: пат. № 1253745 СССР. 1985.
9. Старов В.Н., Масленников А.В., Барботько А.И. Способ вибросверления с мелкодисперсным дроблением стружки: пат. 2412023 РФ. 2008.
10. Гуськов А.М. Разработка методов построения и анализа динамических моделей технологических процессов при механической обработке: дис. … докт. техн. наук. М., 1997. 335 с.
11. Paris H., Tichkiewitch S., Peigne G. Modelling the vibratory drilling process to foresee cutting parameters // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2005. Vol. 54, is. 1. P. 367-370. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)60124-3
12. Guibert N., Paris H., Rech J. A numerical simulator to predict the dynamical behavior of the self-vibratory drilling head // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2008. Vol. 48, no. 6. P. 644-655. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.11.003
13. Paris H., Brissaud D., Gouskov A., Guibert N., Rech J. Influence of the ploughing effect on the dynamic behaviour of the self-vibratory drilling head // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2008. Vol. 57, no. 1. P. 385-388. DOI: 10.1016/j.cirp.2008.03.101
14. Tichkiewitch S., Moraru G., Brun-Picard D., Gouskov A. Self-excited vibration drilling models and experiments // CIRP Annals – Manufacturing Technology. 2002. Vol. 51, is. 1. P. 311-314. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)61524-8
15. Guibert N., Paris H., Rech J., Claudin C. Identification of thrust force models for vibratory drilling // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2009. Vol. 49. P. 730-738. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2009.02.007
16. Gouskov A.M., Voronov S.A., Batzer S.A. Chatter synchronization in vibratory drilling // Proc. of the ASME International Mechanical Engineering Congress “2000 Dynamics, Acoustics and Simulations”. 2000. Vol. 68. P. 263-270.
17. Gouskov A.M., Voronov S.A. Dynamic models generalization of manufacturing systems with single-point cutting. Considering equations of new surface formation // Proceedings of the 2^nd Workshop Organized by Working Group 2 “Nonlinear Dynamics and Control”, Budapest, 2001. P. 7-17.
18. Gouskov A.M., Voronov S.A., Kvashnin A.S., Butcher E.A., Sinha S.C. Influence of torsional motion on vibratory drilling // Proceedings of DETC’2005, Long Beach, 2005. Paper no. 85472.
19. Forestier F., Gagnol V., Ray P., Paris H. Model-based cutting prediction for a self-vibratory drilling head-spindle system // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2012. Vol. 52, is. 1. P. 59-68. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.09.001
20. Mousavi S., Gagnol V., Ray P. Machining prediction of spindle-self-vibratory drilling head // Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213. P. 2119-2125.
21. Batzer S.A., Gouskov A.M., Voronov S.A. Modeling vibratory drilling dynamics // Journal of Vibration and Acoustics. 2001. Vol . 123, no . 4 . P . 435-443. DOI: 10.1115/1.1387024
22. Балакин С.В. Гуськов А.М. Численный анализ параметрического поддержания вибраций инструмента для глубокого сверления // Инженерный журнал: наука и инновации . 2012. № 6. Режим доступа: http://engjournal.ru/search/author/410/page1.html (дата обращения 01.11.2014). The numerical analysis of deep-hole drilling tool vibration parametric control