Евгений Валерьевич Фоминов, кандидат технических наук, доцент, и.о. заведующего кафедрой инженерной и компьютерной графики, доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов
Scopus ID: 57188653761
Researcher ID: V-7225-2018
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Evgeny V. Fominov, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor, Acting Head of the Engineering and Computer Graphics Department, Associate Professor of the Metal-Cutting Machines and Tools Department
Scopus ID:
Researcher ID: V-7225-2018
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Валерия Енвериевна Гвинджилия, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры автоматизации производственных процессов
Scopus ID: 57204638971
Researcher ID: AAM-4580-2020
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Valery E. Gvindjilia, Cand.Sci. (Eng.), Senior Lecturer of Production Automation Department
Scopus ID:
Researcher ID: AAM-4580-2020
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Андрей Анатольевич Марченко, аспирант кафедры металлорежущих станков и инструментов
Scopus ID: 58541206700
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Andrey A. Marchenko, postgraduate student of the Metal-Cutting Machines and Tools Department
Scopus ID:
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Константин Григорьевич Шучев, кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры металлорежущих станков и инструментов
Scopus ID: 57204640576
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Constantine G. Shuchev, Cand.Sci. (Eng.), Professor of the Metal-Cutting Machines and Tools Department
Scopus ID:
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Introduction. Modern research aimed at improving the efficiency of the workpart procedures emphasizes the importance of taking into account the effect of periodic disturbances on the cutting dynamics. However, few works consider uncontrolled periodic disturbances, whose sources are spindle units and the supporting system of the machine. These disturbances also have a significant impact on the final quality indicators of the cutting process. Therefore, an urgent task in the mechanical engineering technology is to establish patterns of the effect of uncontrolled disturbances on the dynamics of the cutting process, which is particularly important for the development of systems for the automated selection of operating conditions or vibration diagnostics systems. This research is aimed at determining the mechanism of influence of periodic fluctuations of processing parameters caused by vibration disturbances on the temperature of the front face of the turning cutter, which is the key indicator of the development of diffusion wear of the carbide tool.
Materials and Methods. The study of the effect of periodic disturbances on the temperature of the front face of the tool was performed in two stages. At the first stage, based on a full-scale experiment on finishing longitudinal turning of blanks made of 10GN2MFA steel with cutters with T15K6 hard alloy plates, the parameters of the disturbance model in the system were identified, namely, the oscillatory accelerations of the tool under its wear. The vibration characteristics of the 16K20 universal lathe were measured using a vibration stand assembled on the basis of AP2089–100–3.3–02B vibration transducers, with a signal sampling frequency of 10 kHz. At the second stage, a digital study of the simulated disturbances and their effect on the dynamics of the cutting process was carried out. The results of the experiments were analyzed to compare the calculated maximum temperature of the front face of the tool at the moments when one of the specified output parameters of processing, obtained as a result of digital modeling, reaches an extreme value under the impact of periodic disturbances.
Results. It has been established that fluctuations in the parameters of operating cutting modes caused by periodic disturbances lead to temperature fluctuations in the contact zone of the tool and the blank. The greatest impact on the temperature in the cutting system under study was exerted by the combination of processing parameters at the moments of reaching extreme feed values. However, when fluctuations in cutting depth and speed reached extreme values, no significant changes in contact temperature were observed.
Discussion and Conclusion. The results of the conducted research emphasize the importance of analyzing the effect of periodic disturbances on pulse changes in contact temperature in the processing zone. The presented model of the relationship between tool vibrations and temperature in the cutting zone can be used to optimize turning modes. The criterion of optimality is the minimization of tool wear, which is determined on the basis of an analysis of temperature fluctuations and vibration activity signals of the tool.
Введение. Современные исследования, направленные на повышение эффективности процессов обработки деталей, подчеркивают важность учета влияния периодических возмущений на динамику резания. Однако немногие работы рассматривают неуправляемые периодические возмущения, источниками которых являются шпиндельные узлы и несущая система станка. Эти возмущения также оказывают значительное влияние на конечные показатели качества процесса резания. Поэтому актуальной задачей в области технологии машиностроения становится раскрытие закономерностей влияния неуправляемых возмущений на динамику процесса резания, что особенно важно для разработки систем автоматизированного выбора технологических режимов или систем вибродиагностики. Цель этой работы заключается в определении механизма влияния периодических флуктуаций параметров обработки, вызванных вибрационными возмущениями, на температуру передней поверхности токарного резца, что является основным показателем развития диффузионного износа твердосплавного инструмента.
Материалы и методы. Исследование влияния периодических возмущений на температуру передней поверхности инструмента проводилось в два этапа. В первом этапе на базе натурного эксперимента по чистовому продольному точению заготовок из стали 10ГН2МФА резцами с пластинами твёрдого сплава Т15К6 были идентифицированы параметры модели возмущений в системе, а именно колебательные ускорения инструмента в процессе его износа. Вибрационные характеристики используемого универсального токарного станка 16К20 измерялись с помощью вибростенда, собранного на основе вибропреобразователей AP2089–100–3.3–02Б, с частотой дискретизации сигнала 10 кГц. На втором этапе проводилось цифровое исследование моделируемых возмущений и их влияния на динамику процесса резания. Результаты опытов анализировались с целью сравнения расчетной максимальной температуры передней поверхности инструмента в моменты, когда один из заданных выходных параметров обработки, полученный в результате цифрового моделирования, достигает экстремального значения под воздействием периодических возмущений.
Результаты исследования. Установлено, что флуктуации параметров технологических режимов резания, вызванные периодическими возмущениями, приводят к колебаниям температуры в зоне контакта инструмента с заготовкой. Наибольшее влияние на температуру в исследуемой системе резания оказало сочетание параметров обработки в моменты достижения экстремальных значений подачи. При этом, когда флуктуации глубины и скорости резания достигали экстремальных величин, значительных изменений температуры контакта не наблюдалось.
Обсуждение и заключение. Результаты проведённого исследования подчеркивают важность анализа влияния периодических возмущений на импульсные изменения контактной температуры в зоне обработки. Приведённая модель взаимосвязи между вибрациями инструмента и температурой в зоне резания может быть использована для оптимизации режимов точения. Критерием оптимальности выступает минимизация износа инструмента, что определяется на основе анализа температурных колебаний и сигналов вибрационной активности инструмента.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.