Определение оптимального режима обработки металлов при анализе динамики систем управления резанием

摘要

В многочисленных экспериментальных исследованиях процессов обработки металлов резанием на металлорежущих станках отмечается существование некоторого оптимального режима обработки, который наиболее ярко сформулировал АД. Макаров в своем положении о существовании оптимальной температуры резания (скорости обработки). Здесь авторами из России акцент делается на описании оптимальности процессов обработки, связанных со свойствами обрабатываемого материала и свойствами используемого при этом инструмента. Однако в западной научной литературе существует другое мнение, которое в целом опирается на регенеративную природу вибраций в динамике резания. Регенерацию вибраций связывают с динамикой процесса резания, на которую существенно влияет запаздывающий аргумент, отражающий вариативность срезаемого слоя. Связь этих двух подходов видится через анализ области устойчивости динамической системы резания в пространстве параметров: скорости резания и величины износа инструмента. Предмет. Исходя из этого в статье рассматривается вопрос связи между оптимальным, по Макарову А.Д., режимом обработки и динамикой процесса резания, включающей в себя регенерацию вибраций инструмента при токарной обработке металлов. Для этого формулируются две исследовательские гипотезы и производится численное моделирование с целью определения их достоверности. Цель работы. Рассмотреть положение А.Д. Макарова о существовании оптимального режима резания с точки зрения устойчивости динамики токарной обработки металлов, для чего в работе выдвигаются две гипотезы, подлежащие анализу. В работе исследована: математическая модель, описывающая динамику вибрационных колебаний вершины режущего клина с учетом динамики формируемой в зоне контакта температуры и ее влияния на силы, препятствующие формообразующим движениям инструмента. Методы исследования. Проведена серия натурных экспериментов на металлообрабатывающем станке с использованием возможностей измерительного стенда STD.201-1, целью которых было определение влияния температурного расширения металлов на значение выталкивающей силы. На основе численного моделирования исходных нелинейных математических моделей, а также моделирования линеаризованных в окрестности точки равновесия моделей проведен анализ устойчивости системы резания при вариации скорости резания и величины износа инструмента по задней грани. Результаты работы. Приведены результаты натурных экспериментов, которые показали существенный линейный рост выталкивающей инструмент силы при увеличении температуры в контакте инструмента и обрабатываемой детали, результаты моделирования координат состояния и соответствующих им фазовых траекторий при врезании режущего клина в обрабатываемую деталь, а также силы, разложенные вдоль оси деформации инструмента. Представлены результаты моделирования годографа вектора Михайлова для линеаризованной модели динамики процесса резания. Выводы. Результаты исследований показали, что только вторая разработанная авторами гипотеза позволяет адекватно интерпретировать положение, приведенное А.Д. Макаровым. Основным дополнением к описанию положения А.Д. Макарова авторы считают необходимость учета изменений выталкивающей силы при росте температуры контакта инструмента и обрабатываемой детали.