Моделирование динамики вибрационного сверления с контролем дробления стружки по размаху колебаний
Опубликовано: 18.11.2019
Авторы: Плещеев И.И., Воронов С.А., Иванов И.И.
Опубликовано в выпуске: #11(95)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-11-1931
Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Одной из важных задач при обработке глубоких отверстий является дробление образующейся стружки. Его можно обеспечить с помощью вибропатрона — специального приспособления, работающего по автоколебательному принципу. Однако дробление стружки с помощью вибропатрона возможно только при определенных технологических параметрах, что сдерживает их применение. В данной статье предложен алгоритм адаптивного управления динамикой вибрационного сверления по размаху колебаний для поддержания дробления стружки. Приведена математическая модель сверления с вибропатроном, учитывающая нелинейную зависимость силы резания от толщины срезаемого слоя и возможность выхода режущей кромки из материала. Для проверки эффективности предложенного алгоритма адаптации выполнены расчеты в широком диапазоне варьируемых параметров обработки. Полученные результаты моделирования подтверждают эффективность предложенной стратегии для дробления стружки.
Литература
[1] Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. Москва, Машиностроение, 1970, 350 с.
[2] Moraru G., Veron P., Rabate P. Drilling head with axial vibrations. Pat US 20120107062 A1, 2012.
[3] Gouskov A.M., Voronov S.A., Ivanov I.I., Nikolaev S.M, Barisheva 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.
[4] Gouskov A.M., Voronov S.A., Ivanov I.I., Kiselev I.A., Novikov V.V. Investigation of Vibratory Drilling Model with Adaptive Control. P. 2: Mixed Control of Peak-to-Peak Vibration Displacement and Cutting Continuity Index. Journal of Vibroengineering, 2015, vol. 17 (8), pp. 4301– 4312.
[5] Иванов И.И., Воронов С.А. Исследование динамики процесса вибрационного сверления с управлением по размаху колебаний. Инженерный журнал: наука и инновации, 2018, вып. 9, с. 14. DOI: 10.18698/2308-6033-2018-9-1806
[6] Batzer S.A., Gouskov A.M., Voronov S.A. Modeling Vibratory Drilling Dynamics. Journal of Vibration and Acoustics, 2001, vol. 123, pp. 435– 443.
[7] Tichkiewitch S., Moraru G., Brun-Picard D., Gouskov A.M. Self-Excited Vibration Drilling Models and Experiments. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2002, vol. 51 (1), pp. 311–314.
[8] Mousavi S., Gagnol V., Ray P. Machining Prediction of Spindle-Self-Vibratory Drilling Head. Journal of Materials Processing Technology, 2013, vol. 213, рр. 2119–2125.
[9] Paris H., Brissaud D., Gouskov A., Guibert N., Rech J. Influence of the Ploughing Effect on the Dynamic Behaviour of the Self-Vibratory Drilling Head. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2008, vol. 57, pp. 385–388.
[10] Guibert N., Paris H., Rech J., Claudin C. Identification of Thrust Force Models for Vibratory Drilling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2009, vol. 49, pp. 730–738. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2009.02.007
[11] Glaa N., Mehdi K., Jaber M.B. Numerical Model for Prediction of Cutting Forces in a Vibratory Drilling Process. Advanced Materials Research, 2014, vol. 1016, рр. 215–220. DOI: 10.4028/www.scienific.net/AMR.1016.215
[12] Yang H. et al. Drilling Force Model for Forced Low Frequency Vibration Assisted Drilling of Ti-6Al-4V Titanium Alloy. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2019, vol. 146, 103438. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2019.103438
[13] Budak E., Tunc L.T. Identification and Modeling of Process Damping in Turning and Milling Using a New Approach. CIRP Annals — Manufacturing Technology, 2010, vol. 59, pp. 403– 408.
[14] Ahmadi K., Ismail F. Experimental Investigation of Process Damping Nonlinearity in Machining Chatter. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2010, vol. 50 (11), pp. 1006 –1014. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2010.07.002
[15] Voronov S.A., Gouskov A.M., Kvashnin A.S., Butcher E.A., Sinha S.C. Influence of Torsional Motion on the Axial Vibrations of a Drilling Tool. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 2006, vol. 2 (1), pp. 58–64.
[16] Ahmadi K., Altintas Y. Stability of Lateral, Torsional and Axial Vibrations in Drilling. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2013, vol. 68, pp. 63–74. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2013.01.006
[17] Forestier F., Gagnol V., Ray P., Paris H. Model-Based Cutting Prediction for a Self-Vibratory Drilling Head-Spindle System. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2012, vol. 52, pp. 59–68. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.09.001
[18] Oezkaya E., Mikel S., Biermann D. Experimental Studies and FEM Simulation of Helical-Shaped Deep Hole Twist Drills. Production Engineering, 2018, vol. 12 (1), рр. 11–23.
[19] Kiselev I.A. et al. Three-Dimensional Modeling of Deep Hole Vibratory Drilling Dynamics. Procedia Engineering, 2017, vol. 176, рр. 50–55. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.02.272
[20] Gouskov A.M., Voronov S.A. Dynamic Models Generalization of Manufacturing Systems with Single-Point Cutting. Considering Equations of New Surface Formation. Proceedings of the 2nd Workshop Organized by Working Group 2 “Nonlinear Dynamics and Control”, 2001, pp. 7–17.
[21] Gouskov A.M., Voronov S.A., Batzer S.A. Chatter Synchronization in Vibratory Drilling. Proc. of the ASME International Mechanical Engineering Congress “2000 Dynamics, Acoustics and Simulations”, 2000, vol. 68, pp. 263–270.
[22] Гуськов А.М. Разработка методов построения и анализа динамических моделей технологических процессов при механической обработке. Дис. … д-ра техн. наук. Москва, 1997, 335 с.
[23] Иванов И.И. Исследование динамики процесса вибрационного сверления с управлением. Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2018, 195 с.