Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Исследование динамики процесса вибрационного сверления с управлением по размаху колебаний

Опубликовано: 27.09.2018

Авторы: Иванов И.И., Воронов С.А.

Опубликовано в выпуске: #9(81)/2018

DOI: 10.18698/2308-6033-2018-9-1806

Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Дробление стружки — одно из необходимых условий обеспечения качества процесса глубокого сверления при изготовлении деталей из труднообрабатываемых металлов и сплавов — может быть обеспечено посредством сообщения сверлу гармонических колебаний в направлении оси вращения. Возможным путем поддержания данных колебаний является замена сверлильного патрона специальным вибропатроном, включающим в себя упругий элемент, допускающий перемещения инструмента в осевом направлении. При правильном выборе жесткости упругого элемента и режимов обработки возможно возбуждение автоколебаний сверла по регенеративному механизму. Данный механизм целесообразно дополнять управляющим воздействием, определяемым в контуре обратной связи и обеспечивающим требуемые для дробления стружки характеристики процесса в широком диапазоне параметров обработки. Предложен алгоритм адаптивного управления динамикой процесса вибрационного сверления, в котором задается дополнительное воздействие на колебательную систему, пропорциональное осевой скорости сверла, а коэффициент обратной связи определяется в контуре адаптации на основе сопоставления текущего значения размаха колебаний и его целевого значения. Проведено моделирование динамики  замкнутой нелинейной системы упругая система–рабочий процесс–система управления для различных режимов обработки и свойств обрабатываемого материала, для случаев отсутствия и наличия управления, показавшее эффективность предложенного алгоритма в широком диапазоне параметров обработки. Исследовано влияние коэффициента усиления в цепи обратной связи на качество управляемого процесса. Разработанный алгоритм управления целесообразно дополнить рекомендациями по назначению целевого значения размаха осевых колебаний режущих кромок, обеспечивающего дробление стружки


Литература
[1] Oezkaya E., Mikel S., Biermann D. Experimental studies and FEM simulation of helical-shaped deep hole twist drills. Production Engineering, 2018, vol. 12 (1), pp. 11–23.
[2] Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. Москва, Машиностроение, 1970, 350 с.
[3] Попов В.Е., Вайншенхер Э.А., Маргулис М.М. Электрогидравлический привод вибросверлильного станка с программным управлением. Пат. № 510351 (СССР), опубл. 15.04.76, бюл. № 14, 4 с.
[4] Peigne G. Ring-Rolling Bearing with Axial Displacement and Shaping Tooling Equipped with Such a Bearing. Пат. № 0001024 (Франция), опубл. 03.01.2008, 14 с.
[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, pp. 1205–1216.
[6] Силин Н.С., Беневоленский В.Ф. Устройство для вибросверления. Пат. № 1237323 (СССР), опубл. 15.06.1986, бюл. № 22, 2 с.
[7] Сидорова В.В. Разработка метода дробления стружки для повышения стойкости инструмента при сверлении глубоких отверстий в титановых сплавах. Дис. … канд. техн. наук. Курск, 2017, 147 с.
[8] Брюн-Пикар Д., Гуськов А.М. Сверлильная головка с вибрационным эффектом. Пат. № 2212984 (РФ), опубл. 27.09.2003, 1 с.
[9] Rabate P., Moraru G.-F., Picard D.B. Drilling Tool and Device with Self-Maintained Axial Vibrations. Пат. № 0170964A1 (США), опубл. 14.07.2011, 11 с.
[10] Paris H., Tichkiewitch S., Peigne G. Modelling the Vibratory Drilling Process to Foresee Cutting Parameters. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2005, vol. 54 (1), pp. 367–370.
[11] Altintas Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations and CNC Design. Cambridge University Press, 2012, 366 p.
[12] Воронов С.А., Гуськов А.М., Иванов И.И., Барышева Д.В., Киселев И.А. Существующие методы обеспечения низкочастотных вибраций инструмента с целью дробления стружки при сверлении отверстий. Наука и образование. Электронный журнал, 2014, № 12. DOI: 10.7463/1214.0748342
[13] Gouskov A.M., Voronov S.A., Batzer S.A. Chatter Synchronization in Vibratory Drilling. Dynamics, Acoustics and Simulations. ASME 2000, 2000, vol. 68, pp. 263–270.
[14] Tichkiewitch S., Moraru G., Brun-Picard D., Gouskov A. Self-Excited Vibration Drilling Models and Experiments. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2002, vol. 51 (1), pp. 311–314.
[15] Гуськов А.М. Разработка методов построения и анализа динамических моделей технологических процессов при механической обработке. Дис. … д-ра техн. наук. Москва, 1997, 335 с.
[16] Moraru G., Veron P., Rabate P. Drilling Head with Axial Vibrations. Пат. № 8926235 (США), опубл. 06.01.2015, 12 с.
[17] Gouskov A.M., Voronov S.A., Ivanov I.I., Nikolaev S.M., Barysheva D.V. Investigation of Vibratory Drilling Model with Adaptive Control. P. 1: Control of Cutting Continuity Index. Journal of Vibroengineering, 2015, vol. 17 (7), pp. 3702–3714.
[18] Мирошник И.В., Никифоров О.В., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. Санкт-Петербург, Наука, 2000, 549 с.