Дисертації (ТМ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Усунення вібрацій при кінцевому фрезеруванні на верстатах з ЧПК(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Сікайло, Максим Олександрович; Петраков, Юрій ВолодимировичСікайло М.О. Усунення вібрацій при контурному фрезеруванні на верстатах з ЧПК. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми виникнення вібрацій при фрезеруванні кінцевими фрезами на верстатах з ЧПК. Існують пасивні та активні методи зменшення вібрацій в процесі фрезерування, але вони потребують втручання в конструкцію верстату та/або інструменту, що є вартісним і неуніверсальним. Також ефект зменшення вібрацій можна досягти за рахунок вибору «безвібраційних» режимів різання, які можна зобразити на пелюстковій діаграмі сталості. Це стало можливим завдяки широкому використанню верстатів з ЧПК та сучасних інструментальних матеріалів, що дозволяє сподіватися на значну ефективність від впровадження такого підходу для більшості процесів різання. На виробництві такий режим найчастіше знаходять експериментальним методом проб і помилок. Визначити «безвібраційний» режим різання попередньо, на етапі підготовки управляючої програми, можливо за діаграмою сталості. Проте, для вирішення такої проблеми і досі не створено простих дієвих способів і комп’ютерних засобів, які можуть бути використані безпосередньо на виробництві. Існують декілька методів створення діаграми сталості, однак з причини відсутності загальної моделі про процес різання з урахування зворотних зав’язків в пружній ТОС втрачається адекватність представлення процесу. Експериментальний метод є більш точним, але він неуніверсальний, бо використовується для конкретного верстату, заготовки та інструменту. Для ідентифікації таких режимів різання був створений програмний застосунок, який в автоматичному режимі будує діаграму сталості процесу фрезерування. В програмний застосунок покладена розроблена математична модель процесу кінцевого фрезерування 4-го порядку, що враховує замкненість пружної динамічної системи у вигляді одномасової з двома степенями свободи і додатково замкненої через позитивний зворотний зв'язок за двома координатами через функцію запізнення. Визначення границі сталості відбувається за новим критерієм сталості Найквіста. Моделювання процесу відбувається як в часовому, так і в частотному просторі. Запропонована методика та апаратні засоби для ідентифікації динамічних характеристик технологічної обробляючої системи, а саме: частоти власних коливань, жорсткості та коефіцієнту затухання коливань. Для апробації отриманих результатів був проведений експеримент, який складається з двох етапів. На першому етапі були ідентифіковані динамічні параметри системи верстат-заготовка-інструмент, та автоматично побудована діаграма сталості. На другому етапі були оброблені заготовки на режимах різання, які відповідають отриманій діаграмі сталості. Результати показали дієвість нового критерію сталості Найквіста, та отриманої діаграми сталості. Зміст роботи складається з п’яти розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі наведена загальна характеристика роботи, обґрунтовано актуальність теми дослідження, розкритий зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами, сформульована мета, завдання, об’єкт та предмет дослідження, вказана наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, визначений особистий внесок здобувача, наведені дані про апробацію, публікації, структуру та обсяг роботи. У першому розділі описаний процес фрезерування кінцевими фрезами, наведені причини поширеного застосування даного методу лезового оброблення. Наведена системна класифікація вібрацій які виникають в технологічній оброблюваній системі, причини їх виникнення і негативні наслідки, які вони спричиняють. Сформульована актуальність дослідження питання усунення вібрацій при контурному фрезерування на верстатах з ЧПК. Проведено огляд та аналіз методів усунення вібрацій при лезовому обробленні, такі як активні та пасивні методи. Розглянуто існуючі методи побудови діаграми сталості, побудова якої дозволяє вибрати «безвібраційні» режими різання. Вказано на недоліки та переваги кожного з методів. Описано параметри, необхідні для побудови діаграми сталості. Вказано що основним чинником виникнення вібрацій є оброблення «за слідом». Виходячи з результатів аналізу літератури була сформульована мета і задачі досліджень. У другому розділі наведений детальний опис математичної моделі. Розроблена математична модель, яка представляє динамічну обробну систему як одномасову з двома степенями свободи, що охоплена негативними зворотними зв’язками за напрямом двох координат. Оброблення за слідом представлене у вигляді позитивних зворотних зв’язків з функцією запізнення в кожному. Математична модель представлена у формі змінних стану, що дозволяє застосувати чисельні методи моделювання для визначення як перехідних, так і частотних характеристик. Представлені розрахункові схеми та структурні схеми. У третьому розділі детально описано створену прикладну програму, яка моделює процес фрезерування кінцевими фрезами у часовому та частотному просторі. Також вона автоматично будує пелюсткову діаграму сталості. Програма враховує частоту власних коливань по кожній осі, коефіцієнт затухання коливань, жорсткість по осям, ширину різання, діаметр фрези та кількість зубів, також параметри заготовки у вигляді коефіцієнтів різання. Описаний новий критерій сталості Найквіста для процесу фрезерування кінцевими фрезами, та створений алгоритм автоматичної побудови діаграми сталості. Дієвість нового критерію сталості Найквіста підтверджена за допомогою моделювання процесу фрезерування для різних варіацій ТОС у часовому та частотному просторі. У четвертому розділі проведений огляд апаратних засобів які використовуються для визначення динамічних характеристик ТОС. А саме, визначення жорсткості та частотної характеристики. Створена вимірювальна система для фіксації силових характеристик ТОС, описані основні параметри та схеми підключення. Система складається з підсилювачів, багатокомпонентного динамометра, спеціального програмного засобу який дозволяє фіксувати силові характеристики. Запропоновані та апробовані на практиці схеми наладки для вимірювання жорсткості та знаходження частоти власних коливань ТОС. Вони дозволяють оперативно визначити динамічні параметри конкретної оброблюваної системи на підприємстві, що дозволяє технологу-оператору верстату автоматично побудувати діаграму сталості саме для його варіанту оброблення. Експериментальним методом знайдені динамічні параметри вертикально-фрезерного верстату мод. 6М13, обробляючого центру з ЧПУ XYZ VMC 1010. У п’ятому розділі представлена побудована діаграма сталості для обробляючого центру з ЧПУ XYZ VMC 1010. Вибрані режими різання та інструмент для проведення експерименту з фрезерування на верстаті. Адекватність отриманих результатів підтверджена як комп’ютерним моделюванням, так і натурним експериментом фрезерування при режимах різання, які потрапляють в область сталості та несталості на графіку SLD. Оцінка рівня вібрацій в системі виконувалась за профілографами шорсткості оброблених на різних режимах поверхонь.