МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ КОМПОНЕНТАМИ СТАНКА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПАРАМЕТРОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен аналитическо-экспериментальный метод, известный как анализ подсистем сопряжения рецепторов (RCSA), для исследования динамических свойств конструкции станка с различными конфигурациями инструмента. Предложенный метод основан на измерениях подвижности узла держатель-шпиндель и аналитической модели инструмента. Также предложен альтернативный подход, использующий концепцию инструмента на упругой опоре для моделирования динамики станка. Проведенные эксперименты подтверждают эффективность предложенной модели в прогнозировании динамики фрезерных операций и точность прогнозирования динамического демпфирования шпинделя при настройке инструмента.

ABSTRACT

This article presents an analytical-experimental method known as Receptor Coupling Subsystem Analysis (RCSA) to investigate the dynamic properties of a machine tool design with various tool configurations. The proposed method is based on measurements of the holder-spindle assembly mobility and an analytical model of the tool. An alternative approach is also proposed, using the concept of a resiliently supported tool to model machine dynamics. The conducted experiments confirm the effectiveness of the proposed model in predicting the dynamics of milling operations and the accuracy of predicting the dynamic damping of the spindle when setting up the tool.

Ключевые слова: фрезерная операция, динамическая демпфирования, шпиндель, частотные характеристики инструмента, режимы резания.

Keywords: milling operation, dynamic damping, spindle, frequency characteristics of the tool, cutting conditions.

Введение

Регенеративная вибрация станка во время высокоскоростной обработки может негативно сказаться на точности и долговечности инструмента. Для подавления такой вибрации необходимо знать частотные характеристики станка. Традиционно, измерения подвижности используются для получения этих характеристик, но этот процесс дорогостоящий и трудоемкий. Поэтому нужны прогностические модели, которые могут предсказывать динамику различных комбинаций инструмента и шпинделя без необходимости повторных измерений. Анализ подсистем сопряжения рецепторов (RCSA) позволяет прогнозировать изменения частотных характеристик инструмента при изменении конфигурации инструмента и избавляет от необходимости повторных измерений. Этот метод обеспечивает более эффективное управление режимами резания и повышение точности обработки [3-10].

Разработка модели

Цель разработки динамической модели для операций обработки достигается за счет использования теории непрерывной балки для представления инструмента, который моделируется как частично опирающийся на упругую опору. Эта опора имитирует динамические эффекты шпинделя/держателя. Инструмент моделируется с помощью ступенчатой балки с двумя секциями, вставленной частью хвостовика и выступающей частью. Более сложные геометрические формы могут быть представлены с помощью балочной модели с переменным сечением или конечно-элементной модели.

где   – боковое смещение вставного хвостовика инструмента,  — поперечное смещение резцедержателя, E — модуль Юнга материала инструмента, , ;  — соответственно длина, секундный момент инерции и масса на единицу длины вставляемого хвостовика инструмента,  — коэффициент жесткости упругого интерфейсного слоя.

Динамика выступающей части инструмента также определяется с использованием теории балки Эйлера – Бернулли:

Однородная совместная модель интерфейса

Жесткость поверхности соединения изначально предполагается однородной и описывается полиномиальной функцией нулевого порядка. Эта функция легко идентифицируется и служит отправной точкой для идентификации функций жесткости с полиномиальными коэффициентами более высокого порядка. Прямая подвижность на кончике инструмента рассчитывается с использованием измеренных кривых частотной характеристики опоры и начальной оценки параметра жесткости узла.

Был построен трехмерный график целевой функции в зависимости от реальной и мнимой частей коэффициентов жесткости и демпфирования стыкового слоя и обнаружили, что ошибка была минимизирована, когда параметры контакта в стыке были заданы как  и  = 0,4. Эти параметры использовались в качестве отправной точки в процедурах оптимизации для получения коэффициентов полинома распределения жесткости более высокого порядка.

Рисунок 1. Трехмерный график целевой функции

Вывод

В данной статье предложен новый подход к моделированию динамики высокоскоростной обработки. Модель объединяет измеренную динамическую гибкость держатель-шпиндельного узла с аналитической моделью инструмента. Учтены характеристики конструктивного демпфирования через распределенный интерфейсный слой с переменной жесткостью и демпфированием. Параметры пограничного слоя определены на основе экспериментальных данных, и точность модели подтверждена на примере динамики фрезерования. Предложенная модель может прогнозировать динамику обработки при различных конфигурациях инструмента и не требует повторных измерений. Она является эффективным инструментом для точного прогнозирования динамики обработки и может быть применена в различных комбинациях инструментов.

Список литературы:

1. Altintas Y., Budak. E., 1995 Analytical Prediction of Stability Lobes in Milling. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 44:357-362.
2. Fu H.J., Devor R. E., Kappor S.G. 1, 1984, A Mechanistic Model for the Prediction of the Force System in Face Milling Operations, ASME Journal of Engineering for Industry, 106:81-85.
3. Engin S. and Altintas Y. 2001, Mechanics and Dynamics of General Milling Cutters. Part II: Inserted Cutters, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 41: 2213-2231.
4. Altintas Y., Kilic Z., Kaymakci M. 2012, Unified Cutting Force Model for Turning, Boring, Drilling and Milling Operations, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 54-55: 34-45.
5. Kim S.J., Lee H.-U., Cho D. 12-13, 2006, Feed Rate Scheduling for Indexable End Milling Process Based on an Improved Cutting Force Model, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 46:1589-1597.
6. Egamberdiev I.P. Spectral analysis of the oscillatory process of support assemblies on drilling machines // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. – National Institute of Science Communication and Information Resources– India, 2018. –Vol. 5. – Issue 5. – рр. 5958-5962.
7. Egamberdiev I.P., Atakulov L., Muminov R.O., Ashurov Kh.Kh. Research of Vibration Processes of Bearing Units of Mining Equipment // International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering. ‒ Volume 9, No.5, September - October 2020. – pp.7789-7793 (Scopus Base, DOI: 10.30534/ijatcse/2020/125952020).
8. Muminov R.O., Egamberdiev I.P., Ashurov Kh.Kh., Makhmudova M.F. Experimental Studies of the SBSH-250MNA-32 Mining Drilling Rig. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology Vol. 8, Issue 11 , November 2021. Copyright to IJARSET www.ijarset.com 18637-18644. (05.00.00; №8).
9. Sh.N. Yaxshiyev, Kh.Kh. Ashurov, A.J.Mamadiyarov Dynamics of Spindle Assembly of Metal-Cutting Machine // International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT) ISSN: 2249 – 8958, Volume-9 Issue-3, February 2020. 3121-3125.
10. Эгамбердиев И.П., Мирзаев А.У., Зоиров Ш.Ш., Яхшиев Ш.Н. Разработка метода мониторинга технического состояния опорных узлов горного оборудования // Илм-фан ва инновацион ривожланиш. – Тошкент, 2020. – №1.– С. 114-119.