Экспериментальная установка для анализа динамики режущих сил и колебаний

Внедрение: 2019 г.

Из всех факторов, влияющих на работу металлорежущего станка, в качестве информативных следует выделить силы резания и колебания упругой системы, обусловленные множеством причин и точек приложения физических величин. Для получения достаточных и достоверных данных о процессе авторами разработана экспериментальная установка [1] на базе процессорного центра Hermle C22, которая будет воспроизводить процесс резки в заданных условиях и отражать информацию о параметрах процесса в удобной для анализа форме. На рисунке 1 представлен общий вид экспериментальной установки.

Рисунок 1. Экспериментальная установка на базе универсального фрезерного станка Hermle C22: 1 – универсальный фрезерный станок Hermle C22; 2 – шпиндельный узел; 3, 8, 9, 14 – пьезоэлектрический акселерометр; 4 – заготовка; 5 – оправка с термозажимом; 6 – инструмент; 7, 12, 13 – тензометрический датчик; 10 – опорная плита; 11 – система нулевой точки.

Для исследования процесса резки разработана информационно-измерительная система, блок-схема которой представлена на рисунке 2. Для измерения сил резания используется система тензометрических датчиков, позволяющая измерить степень деформации, вызванной действием сил резания. 

Рисунок 2. Блок-схема информационно-измерительной системы. Объекты исследования: О1 – шпиндельный узел; О2, О3 – резьбовые муфты; О4 – станина. Т1, Т2, Т3 – тензодатчики на базе МТ‑ЕА‑06-3.18АD‑120. А1, А2, А3 – пьезоэлектрические акселерометры 356А34. А4 – пьезоэлектрический акселерометр 356А61. I1, I2, I3, I4 – электронные интеграторы A5970AD. M1, M2, M3 – модули измерения ZET 7111. SА – усилитель сигнала AP5200‑8‑19. АDC – аналого-цифровой преобразователь LTR24. Com – переключатель; ZET 7174.

Разработанная экспериментальная установка позволяет проводить следующие исследования в условиях, максимально приближенных к условиям промышленной эксплуатации металлорежущего оборудования:

1. Одновременное измерение датчиком силы и акселерометром динамической движущей силы и возникающих механических колебаний исследуемой конструкции.
2. Исследование изменения сил резания в зависимости от изменения скорости резания; оценка степени вибрации в зависимости от глубины резания и частоты вращения шпинделя; оценка степени вибрации и силы резания в зависимости от траектории движения инструмента; определение оптимальных технологических режимов обработки различных материалов.
3. Исследование динамических процессов в обрабатывающем центре при высоких частотах вращения шпинделя, оценка демпфирующей способности системы нулевой точки (СНТ) в зависимости от материала зажимных элементов. Использование СНТ в представленной экспериментальной установке помогает дополнительно оценить влияние различных модулей установки на динамические свойства машины и ее вибростойкость.
4. Использование существующей информационно-измерительной системы для адаптивного управления технологическим процессом обработки с целью повышения производительности и качества обрабатываемой поверхности за счет рационального управления системой автоматизации производственных физических процессов и связанных с ними процессов, интегрированных в единое информационное пространство.
5. Представление информационно-измерительной системой экспериментальных данных о динамических силах резания, пригодных для численного моделирования динамического резания металла при фрезеровании в широком диапазоне скоростей резания, скоростей подачи, глубины резания, амплитуд и частот внешней вибрации.

Источник:
Krasnova M.N., Safonov S.V., Chernykh D.M. (2019) Experimental Installation for Analysing the Dynamics of Cutting Forces and Vibrations at High Frequencies of Machine Spindle Rotation. In: Radionov A., Kravchenko O., Guzeev V., Rozhdestvenskiy Y. (eds) Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95630-5_209

Разработчик: Краснова М.Н., Сафонов С.В., Черных Д.М. (Воронежский государственный технический университет)