Дослідження впливу технологічних режимів фрезерування на рівень вібрації шпиндельного вузла обробного центру

Abstract

Одним зі шляхів підвищення ефективності механообробки є застосування систем моніторингу динамічних параметрів. Вимір і аналіз динамічних параметрів у процесі обробки деталей було дотепер по технічним і економічним причинах непростим завданням, розв'язуваної для окремих випадків застосування. Істотний ріст розвитку мікропроцесорної техніки й програмного забезпечення в останні роки дозволив забезпечити розробку систем моніторингу динамічних параметрів і адаптивного керування, спрямованих на оптимізацію технологічних процесів високопродуктивної обробки й модернізацію металообробного встаткування. Фрезерна обробка пов'язана із циклічними навантаженнями в обробній системі верстата, які збільшилися за останні роки багаторазово. Збільшення кутової швидкості обертання шпинделя обробних центрів до 20 – 30 тисяч обертів у хвилину, збільшення подачі на зуб і глибини фрезерування суттєво збільшує динамічну складову сил різання. Вимір і аналіз вібраційних процесів у верстаті при обробці дозволяє вивчити динамічні явища, що виникають в обробній системі, а безперервний моніторинг сили різання і її періодичної складової (тобто вібрації) дозволить замкнути обробну систему каналом зворотному інформаційному зв'язку з метою наступного керування режимами обробки, мінімізуючи супутні коливання й вібрації. Проведено експериментальні дослідження впливу технологічних режимів фрезерування на рівень вібрації шпиндельного вузла обробного центру, які показали необхідність при реалізації технологій ВПО узгодження режимів різання з рівнем можливої вібрації шпинделя, ріжучого інструменту і деталі. Розроблена кінцево-елементна модель і проведено чисельне моделювання процесу формування форми і амплітуди періодичних збуджуючих сил різання. Дослідження коливань сил взаємодії фрези із заготовкою на динамометрічному столі при підвищенні швидкості обертання шпинделя показали, що на високих частотах обертання шпинделя на ряді режимів фрезерування виникають області нестійкого різання, обумовлені динамічними характеристиками обробної системи. Це призводить до нерівномірної роботі різальних крайок фрези і погіршення якості обробки.One of the ways to increase the efficiency of machining is the use of dynamic parameter monitoring systems. Measurement and analysis of dynamic parameters during the processing of parts has so far been for technical and economic reasons difficult tasks solved for individual applications. Significant growth in the development of microprocessor technology and software in recent years has allowed the development of monitoring systems for dynamic parameters and adaptive control aimed at optimizing technological processes of high-performance processing and modernizing metalworking equipment. Milling processing is associated with cyclic loads in the processing system of the machine, which have increased significantly in recent years. An increase in the angular speed of rotation of the spindle of the machining centers is 20-30,000 rpm, an increase in the feed per tooth and the depth of milling significantly increases the dynamic component of the cutting forces. Measurement and analysis of vibration in the machine during processing allows you to study the dynamic phenomena that occur in the processing system, and continuous monitoring of the cutting force and its periodic component (i.e. vibration) will allow you to close the processing system with a feedback channel for the subsequent control of the modes processing, minimizing the accompanying vibrations and vibrations. Experimental studies of the influence of technological modes of milling on the vibration level of the spinning unit of the processing center were carried out, which showed the need for the implementation of HPE technologies to coordinate cutting modes with the level of possible vibration of the spindle, cutting tool and part. A finite element model is developed and a numerical simulation of the formation of the shape and amplitude of the periodic exciting cutting forces is carried out. The study of fluctuations in the forces of interaction between the cutter and the workpiece on a dynamometer table with an increase in the spindle rotation speed showed that at high frequencies of spindle rotation in a number of milling modes, areas of unstable cutting arise due to the dynamic characteristics of the processing system. This leads to uneven operation of the cutting edges.