На правах рукописи

ШЕРЕМЕТЬЕВ КОНСТАНТИН ВАСИЛЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ ПЛАНЕТАРНОГО ТИПА НА

КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ КОНЦЕВЫМИ

ФРЕЗАМИ

Специальность 05.03.01 – «Технологии и оборудование механической и

физико-технической обработки»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете «Станкин»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Хомяков В.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Васильев Г.Н.

кандидат технических наук, доцент Досько С.И.

Ведущая организация: ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия»

Защита диссертации состоится «20» ноября 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу: 127994, Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. 3-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим высылать по указанному адресу в диссертационный совет Д 212.142.01.

Автореферат разослан «19» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.142.01 М.А. Волосова Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Шереметьев Константин Васильевич

ВЛИЯНИЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ ПЛАНЕТАРНОГО ТИПА НА

КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ КОНЦЕВЫМИ

ФРЕЗАМИ

Подписано в печать 15.10.2008 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для успешной работы современного предприятия в условиях рыночной экономики необходимо максимально повышать эффективность обработки, сохраняя при этом качество выпускаемой продукции. Именно производительность ключевым образом влияет на рентабельность и конкурентоспособность. Использование современных станков и инструмента, правильный выбор технологии и режимов обработки – это области, совершенствование которых существенно скажется на прибыльности.

Но в настоящее время большинство отечественных машиностроительных предприятий оснащено морально и физически изношенным станочным парком оборудования, обновлению которого препятствуют ограниченные финансовые ресурсы. Такое оборудование не обеспечивает режимов обработки, необходимых для применения современного твердосплавного инструмента, рассчитанного на высокие скорости резания, и в первую очередь влияющего на качество обработки; отсутствие достаточного количества управляемых координат вынуждает использовать различные приспособления для закрепления заготовки под углом, что приводит к потери времени и точности обработки; малоэффективное охлаждение, или его полное отсутствие снижает стойкость инструмента и производительность обработки. Как следствие – невозможность существования такого производителя на рынке. Поэтому рациональное обновление станочного парка в условиях недостаточных финансовых возможностей является на сегодня важной задачей для многих предприятий в металлообработке.

Альтернативное решение, дающее зачастую эффект не меньший, чем новое оборудование – это модернизация и дооснащение уже существующего, что позволяет существенно расширить его возможности. Под модернизацией станков понимают внесение в их конструкцию отдельных изменений и усовершенствований с целью повышения общего технического уровня до уровня современных моделей аналогичного назначения (общетехническая модернизация) или для решения конкретных технологических задач производства путем приспособления к более качественному выполнению определенного вида работ (технологическая модернизация). В результате модернизации повышается точность и производительность оборудования, уменьшаются эксплуатационные расходы, снижается брак, а в ряде случаев увеличивается длительность межремонтного периода. Некоторые крупные компании предлагают дать «вторую жизнь» вашему оборудованию, совершенствуя технологические процессы за счет увеличения степени использования современной оснастки.

Существует большое количество разновидностей вспомогательного инструмента, устанавливаемого в шпиндель станка, которые дают возможность получить необходимую скорость резания при обработке фрезами малого диаметра, вести обработку под углом, несколькими режущими инструментами одновременно, эффективно охлаждать рабочую зону, повысить уровень автоматизации, а также надежность производственных процессов. Некоторые из разновидностей такого инструмента показаны на рис.1.

Рис.1. Примеры сложного вспомогательного инструмента.

Однако, несмотря на все положительные стороны использования таких приспособлений, нельзя забывать, что, применяя их, мы добавляем в несущую систему станка еще один узел, который содержит стыки, подвижные элементы, обладает массой и собственной податливостью, что оказывает влияние на статические и динамические характеристики несущей системы станка, а, вспомогательные инструменты, как в частности, показанная слева на рис. ускорительная головка, содержат планетарную передачу, которая может стать источником возмущающих воздействий колебательного характера на динамическую систему станка.

воздействиям. Однако, сами внешние воздействия (амплитуды и частоты) и точки их приложения можно лишь прогнозировать. Это не позволяет проводить достаточно надежное определение точности обработки только расчетным путем. Необходимость решения этой весьма актуальной задачи требует проведения экспериментальных исследований.

Возможность прогнозировать влияние вспомогательного инструмента на характеристики станка, и в первую очередь на его точность, позволит сделать модернизацию с его помощью максимально эффективной.

использован вертикальный фрезерный обрабатывающий центр Cincinnati мод.

CFV 800i, в шпиндель которого поочередно устанавливались ускорительная головка CentreLine с передаточным числом 1:4 и силовой прецизионный гидромеханический патрон CoroGrip 392.272HMD-40 20 085 в качестве эталона для получения сравнительных значений.

Цель работы. Исследование влияния вспомогательного инструмента на динамические характеристики станка и точность обработки при фрезеровании на примере применения на шпинделе станка ускорительной головки планетарного типа, а также создание алгоритма принятия технологических решений на основе проведения анализа экспериментальных данных для эффективного повышения производительности обработки без потери качества изделия.

Методы исследования. Экспериментальные исследования колебаний проводились на станке с помощью лазерного интерферометра Renishaw мод.

ML10 Gold Standard. Данные о колебаниях шпинделя станка обрабатывались затем средствами Matlab и Excel с использованием методов статистического и спектрального анализа. Одновременно в Matlab проводилось математическое моделирование динамических характеристик мультипликатора и характеристик динамической системы. Для оценки зависимости качества обработки детали от динамических характеристик станка и в подтверждение результатов, полученных с помощью спектрального анализа, проводились специальные тестовые испытания – фрезерование уступов на заготовке с частотами вращения инструмента, исследованными ранее на холостых ходах.

Обоснованность и достоверность. Обоснованность и достоверность предложенного алгоритма исследования и принятия технологических решений для повышения производительности без потери качества изделия определяется тем, что он базируется на корректном применении классических положений экспериментально на современном оборудовании с помощью новейших специализированного программного обеспечения. Достоверность полученных практических тестов.

Научная новизна работы состоит в:

шпинделя обрабатывающего центра с ускорительной головкой для широкого диапазона частот вращения и аналогичных характеристиках колебаний для шпинделя с прецизионным патроном (в качестве эталона);

- установленных экспериментально значениях шероховатости поверхности обработанной детали для широкого диапазона частот вращения шпинделя с использованием ускорительной головки и прецизионного патрона;

- экспериментально установленных связях между средней высотой микронеровностей обработанной поверхности, частотой вращения и пиками на спектрах колебаний шпинделя исследованного станка;

- алгоритме и программном обеспечении, реализующих спектральный анализ колебаний шпинделя и позволяющих находить источники возмущающих воздействий, вызванные вспомогательным инструментом;

- математической модели и программе для определения статических и динамических характеристик ускорительной головки при ее установке в шпиндель станка.

Практическое значение работы:

- создана методика по определению частот вращения шпинделя станка, позволяющая при разработке технологического процесса фрезерования деталей концевыми фрезами обеспечивать высокое качество обработанной поверхности на станках, оснащенных ускорительной головкой;

- экспериментально определена статическая жесткость ускорительной головки CentreLine, установленной в шпиндель станка, что позволяет определить границы ее использования в условиях производства.

Реализация работы.

Результаты работы использованы в проекте повышения эффективности металлообработки на заводе ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия» в операции сверления и фрезерования деталей из алюминиевых сплавов на фрезерных станках (см.

соответствующий акт, подписанный первым заместителем генерального директора завода Поликарповым Е.Ю.) Материалы по теме диссертационной работы используются в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на расширенном заседании кафедры «Станки» ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 103 наименований и машинописного текста, содержит 49 рисунков и 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, изложены основные научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор и функциональная классификация современного вспомогательного инструмента.

Показано, что применение в производстве вспомогательного инструмента на сегодняшний день является весьма актуальным. Однако выявлено, что положительно сказывается на качестве обработки, а эффективное внедрение и использование сложного вспомогательного инструмента возможно только на современным динамическим анализом.

характеристик станков, получившие широкое распространение: расчетный путь определения этих характеристик на основе метода конечных элементов, частотный анализ вибраций работающего станка, спектральный анализ записей колебаний, возникающих при обработке на станке. Проанализированы закрепленного в шпинделе ускорительной головки станка при скоростном фрезеровании.

обрабатывающего центра на разных частотах вращения с установленной в шпиндель ускорительной головкой и прецизионным силовым патроном.

В шпиндель вертикального обрабатывающего центра Cincinnati мод. CFV 800i поочередно устанавливались ускорительная головка CentreLine с передаточным числом 1:4 и силовой прецизионный гидромеханический патрон CoroGrip 392.272HMD-40 20 085 (последний как эталон для получения сравнительных значений). С помощью лазерного интерферометра Renishaw мод. ML10 Gold Standard были проведены замеры линейных перемещений переднего конца шпиндельной бабки на разных частотах вращения в диапазоне от 0 до 12800 об/мин. Временной интервал записи каждой реализации – 5 с., дискретность – 0,0002 с. Замеры колебаний проводились на холостом ходу, чтобы отчетливее проявилось влияние элементов вспомогательного инструмента. Проведение эксперимента показано на рис.2.

Рис.2. Проведение эксперимента по измерению колебаний шпинделя станка.

Результаты измерений в виде 25000 отсчетов для каждой из реализаций записывали в Excel, а затем преобразовывали в графики колебаний во временной области с помощью программы, написанной в Matlab. Пример графика для одной из таких реализаций для частоты вращения шпинделя об/мин (с патроном CoroGrip) приведен на рис.3.

Рис.3. График реализации для частоты вращения шпинделя 3200 об/мин.

Полученный сигнал, как и большинство колебательных процессов, с которыми приходится встречаться в подобных исследованиях, рассматривался как случайный стационарный эргодический процесс. Это позволило каждую реализацию считать достаточно представительной, и в дальнейшем использовать ее (а не ансамбль реализаций) для вычисления таких характеристик случайного процесса как спектральная плотность.

При обработке результатов эксперимента информация о динамических характеристиках станка со вспомогательным инструментом извлекалась непосредственно из полученных реализаций. Основным приемом здесь выступал спектральный анализ наблюдаемых колебаний, проводимый c использованием преобразования Фурье. Для этого в среде Matlab была написана программа, позволяющая использовать xls-реализации колебаний, снятые при разных частотах вращений, для получения соответствующих спектров. На спектрах колебаний упругой системы станка (которая обладает резонансными свойствами), как обычно, могли наблюдаться резкие максимумы (пики) на собственных частотах и на частотах интенсивных циклических возмущений. Пример спектра колебаний для частоты вращения шпинделя n=3200 об/мин приведен на рис.4.

Анализ построенных спектров проведен ниже (в четвертой главе).

Рис.4. Пример спектра колебаний для частоты вращения шпинделя 3200 об/мин.

Для оценки зависимости качества обработки детали от динамических характеристик станка в работе были проведены специальные тестовые испытания – фрезерование участков поверхности на заготовке из стали (твердость HB 234) цельной твердосплавной концевой фрезой R216.33-06030AC10P 1630 Sandvik Coromant диаметром 6 мм с частотами вращения инструмента, исследованными ранее на холостых ходах (рис.5).

Рис.5. Тестовая деталь. Рис.6. Измерение шероховатости.

В первой серии экспериментов фрезу устанавливали в силовой прецизионный патрон, во второй серии – в ускорительную головку. Обработка велась без СОЖ, с подачей 0,03мм на зуб фрезы. Глубина фрезерования составляла 10мм, ширина фрезерования – 1мм, длина каждого прохода – 20мм (достаточная для измерения шероховатости профилометром).

После обработки было проведено измерение профилометром Mitutoyo (Япония) (рис.6) шероховатости обработанных поверхностей и сравнительный анализ полученных значений средней высоты микронеровностей Ra.

определялось среднее значение Ra. Результаты по средним значениям приведены в таблице 1. Измерения колебаний при частоте вращения фрезы 12800 об/мин проводились только с ускорительной головкой, так как эксперименте, составляла 8000 об/мин.

шероховатости Ra обработанной поверхности образцов в зависимости от инструмента. График имеет две шкалы на оси абсцисс: при использовании мультипликатора частота вращения фрезы n в 4 раза выше частоты nШП вращения шпинделя; при использовании патрона Coro Grip фреза вращается с частотой nШП.

Рис.7. График зависимости шероховатости Ra от частоты вращения фрезы и вида используемого вспомогательного инструмента.

Из рис.7 следует, что, во-первых, значения шероховатости Ra поверхности, полученной при использовании прецизионного патрона значительно меньше, чем при использовании ускорительной головки, и, вовторых, – для ускорительной головки существует немонотонная зависимость Ra от частоты вращения шпинделя станка. Последнее свидетельствует, скорее всего, о наличии вынужденных колебаний, вызванных возмущениями со стороны элементов планетарной передачи ускорительной головки, которых нет у прецизионного патрона (остальные условия работы станка не изменялись).

В третьей главе проанализирована конструкция ускорительной головки для определения источников возмущающих воздействий, связанных с работой планетарного механизма. Анализ был направлен на определение частот периодических составляющих кинематической погрешности, источниками которых являются, как правило, неуравновешенности, эксцентриситеты, отклонения основного шага, ошибки профиля и волнистость боковой поверхности зубчатых колес планетарного механизма.

С другой стороны, необходимо было определить собственные частоты колебаний ускорительной головки как упругой динамической системы.

ускорительной головки, была проведена ее разборка и деталировка, по снятым размерам составлен чертеж, кинематическая схема и 3D модель, наиболее полно отражающая все массово-габаритные характеристики. Головка и ее элементы показаны на рис.8.

Для решения первой из поставленных задач была проанализирована кинематическая схема ускорительной головки CentreLine (рис.9).

Рис.9. Кинематическая схема ускорительной головки CentreLine 1:4.

Неподвижное центральное зубчатое колесо 1, связанное с корпусом головки, находится в зацеплении с тремя сателлитами 2, совершающими сложное движение и имеющими подвижные оси вращения. Оси сателлитов закреплены на водиле 3, которое, как и центральное колесо 4, вращается вокруг основной геометрической оси ускорительной головки. Ведущим валом передачи служит вал водила, связанный со шпинделем станка, а ведомым – вал подвижного центрального колеса.

Передаточное отношение планетарного редуктора определяется как i =1 + z3/z1. Следовательно, при частоте вращения водила n3 = nШП, сателлиты будут вращаться вокруг своих осей с частотой n2 = nШП·(z1/z2), а подвижное центральное колесо, являющееся шпинделем фрезы, – с частотой n4 = nШП·(1+z3/z1).

В нашем случае, при разборке ускорительной головки было установлено, что z1=72, z2=24, z3=24; тогда n3 = nШП, n2 = 3·nШП, n4 = 4·nШП (везде об/мин).

циклических возмущающих воздействий со стороны ускорительной головки, получим следующие возможные частоты возбуждения ею вынужденных колебаний (в Гц):

- колебания, вызванные неуравновешенностью водила головки будут иметь частоты, кратные fВ = 60·nШП (Гц);

- неточности изготовления сателлитов станут причиной возникновения колебаний на частотах, кратных fС = 180·nШП (Гц);

- дисбаланс шпинделя головки, а также качество обработки подвижного центрального колеса станут источниками вибраций на частотах, кратных fШ = 240·nШП (Гц), где nШП – частота вращения водила (шпинделя станка).

Вторая задача, которую было необходимо решить для полноценного анализа спектров колебаний, – определение собственных частот динамической системы ускорительной головки. Для определения статических и динамических характеристик ускорительной головки была разработана ее расчетная схема (рис.10). Было сделано допущение о доминирующей податливости ускорительной головки по сравнению с упругой системой станка. Позже это допущение было подтверждено результатами экспериментов на станке. Это дало основание при разработке расчетной схемы считать ее самостоятельной подсистемой, связанной со шпинделем посредством конического соединения 5.

На расчетной схеме ускорительная головка была представлена стержневой конечноэлементной моделью с восемью узловыми точками. Каждая узловая точка обладала двумя степенями свободы – радиальным и угловым перемещениями. Конструкция мультипликатора была смоделирована стержнями с распределенной массой, пружинами, обладающими вязким демпфированием, и сосредоточенными массами. Пружины 1 и 2 имитировали опоры с парными подшипниками шпинделя головки, 3 и 4 – подшипники водила, а пружина 5 в точке 8 воспроизводила изгибную и угловую жесткость конического соединения.

Была написана программа расчета статических и динамических характеристик ускорительной головки. Основные параметры расчетной схемы головки: точные размеры ее элементов, центры сосредоточенных масс и их инерционные характеристики, определялись из 3D модели c использованием графического пакета T-FLEX CAD 9. По результатам расчета статических характеристик была построена упругая линия ускорительной головки под нагрузкой и определен прогиб на конце инструмента, закрепленного в ее шпинделе. Расчет динамических характеристик включал определение собственных частот и форм колебаний упругой системы головки, а также построение ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). На рис. показан расчетный график радиальной статической деформации точки мультипликатора под нагрузкой 1 даН, приложенной там же. Из графика видно, что статическая податливость в точке 1 составляет 2,96 мкм/даН.

Рис. 11. Радиальная деформация мультипликатора под нагрузкой в 1 даН в т. 1.

На рис. 12 показана АЧХ и низшие собственные частоты ускорительной головки как динамической системы. Две низших собственных частоты мультипликатора оказались равны 441 и 761 Гц, что значительно выше, чем частоты существенных пиков на экспериментальных спектрах колебаний шпиндельной бабки. На этом основании был сделан вывод о том, что пики спектров вызваны, в основном, периодическими возмущающими воздействиями со стороны элементов ускорительной головки, частоты которых ниже собственных частот ее упругой системы.

Рис12. АЧХ на конце шпинделя мультипликатора (мкм/даН).

Для проверки показанных выше результатов расчета ускорительной головки, был проведен эксперимент по определению ее статической податливости при приложении радиальной силы F в сечении, расположенном на расстоянии LF мм от торца шпинделя (рис.13). Таким же образом был исследован прецизионный патрон CoroGrip, имеющий высокую жесткость.

Величина деформации прецизионного патрона определялась в одном сечении, в то время как величина деформации ускорительной головки определялась в сечениях I, II и III, чтобы заметить влияние стыков на характер ее упругой линии. В качестве нагрузки использовались 11 грузов весом по 2 кг. Усилие нагружения передавалось на инструмент при помощи блока и троса. Измерение деформации производилось при помощи микрометрической индикаторной головки, закрепленной на столе станка. При измерении деформации мультипликатора в сечении III, смещение оказалось значительным, поэтому для чистоты эксперимента замеры проводились трижды, а за результат бралось среднее значение отклонений.

Результаты эксперимента приведены в таблице 2.

Отклонение (мм) LF - расстояние от торца шпинделя до точки приложения силы (мм) L - расстояние от торца шпинделя до точки измерения (мм) По полученным в ходе эксперимента данным был построен график статических перемещений ускорительной головки и прецизионного патрона под нагрузкой (рис.14).

Измерения показали, что при приложении силы в 22 даН в точке резания, средние значения перемещений в той же точке составляли 62 мкм. Таким образом, статическая податливость ускорительной головки в этой точке оказалась равной 62/22 2,82 мкм/даН. Это подтвердило адекватность ее расчетного определения. Патрон CoroGrip оказался значительно более жестким.

Следовательно, статический расчет, подтвержденный практической проверкой, показал, что разработанная расчетная схема верна. Это дало основания надеяться на адекватность динамического расчета.

В четвертой главе проведен анализ влияния ускорительной головки на колебания шпинделя станка. Для этого была разработана методика, включающая в себя алгоритм действий, а также специально разработанное программное обеспечение, позволяющее обработать полученные экспериментальные сигналы колебаний и расчетные значения частот, возбуждаемых элементами мультипликатора. После обработки данных информация предоставляется в удобном для исследования виде. Спектры колебаний шпинделя станка с прецизионным патроном (эталонный) и ускорительной головкой (исследуемый) выводятся на одну систему координат в различной цветовой гамме. Предполагаемые частоты возмущений и их гармоники, создаваемые различными подвижными элементами головки, отображаются на той же системе координат в виде вертикальных линий с соответствующей маркировкой для идентификации. Полученная таким образом наглядная картина, позволяет определить, какой элемент мультипликатора оказывает влияние на появление в спектре резонанса, а сравнение с эталонным спектром на этой частоте показывает степень этого влияния.

При частоте вращения шпинделя 800 об/мин (см. рис.15.1) максимальный пик исследуемого спектра находится на частоте 213 Гц и точно совпадает с четвертой гармоникой частоты вращения шпинделя ускорительной головки.

Причем модуль комплексной амплитуды колебаний шпинделя с ускорительной головкой (62 нм) на этой частоте превышает модуль комплексной амплитуды колебаний шпинделя с прецизионным патроном (23 нм) почти в три раза.

Рис.15.1. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 800 об/мин.

На частоте вращения шпинделя 1600 об/мин (см. рис.15.2) максимальный пик находится в том же месте спектра, но его модуль комплексной амплитуды (242 нм) в четыре раза превышает значение, определенное на 800 об/мин шпинделя. Пик эталонного спектра на этой частоте меньше исследуемого в три раза и составляет 80 нм. Это объясняется попаданием второй гармоники частоты вращения шпинделя ускорительной головки на собственную частоту системы, которая оказывает большее влияние на амплитуду колебаний, чем четвертая гармоника, показанная на рис 15.1.

Этот же характерный пик наблюдается на частоте вращения шпинделя 3200 об/мин (рис.15.3). В этот раз пик на частоте 213 Гц исследуемого спектра достигает своего максимального значения. В данном случае его частота совпадает с основной частотой вращения шпинделя головки, в результате чего система колеблется с максимальной амплитудой. Модуль комплексной амплитуды исследуемого спектра на этой частоте 520 нм при 50 эталонного.

Рис.15.2. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 1600 об/мин.

Рис.15.3. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 3200 об/мин.

После того, как частоты возмущений, вызванные работой шпинделя головки, увеличиваясь вместе с частотой вращения шпинделя станка, выходят за значение 213 Гц, амплитуда колебаний в этом частотном диапазоне резко падает (см. рис. 15.4), что еще раз подтверждает причину их возникновения. Но при частоте вращения шпинделя 4500 об/мин на собственную частоту системы 75 Гц попадает основная частота вращения водила, что также приводит к резкому возрастанию амплитуды колебаний.

Рис.15.4. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 4500 об/мин.

При сопоставлении данных спектрального анализа на разных частотах вращения шпинделя станка со значениями шероховатости обработанной поверхности, можно заметить явную зависимость качества обработки от наличия и интенсивности резонансных пиков в спектрах исследуемой системы.

Так, на рис.7 видно ухудшение качества обработанной поверхности при обработке на частотах вращения шпинделя 800, 1600 и 3200 об/мин, где исследование при помощи спектрального анализа показало возрастание резонансных пиков на частоте 213 Гц. На частоте вращения шпинделя об/мин (33,3 Гц) не происходит совпадения частот колебаний элементов мультипликатора с собственными частотами станка, поэтому на этой частоте вращения получается наилучшая шероховатость обработанной поверхности.

Пики, связанные с частотами колебаний сателлитов, не проявили себя ни на одном из исследуемых спектров, что, вероятно, связано с материалом их изготовления.

Учитывая показанную выше связь пиков спектров со значениями шероховатости Ra поверхности, полученной при обработке, ей можно управлять за счет рационального подбора режимов резания. В частности, в исследуемом случае с мультипликатором CentreLine рекомендуется при подборе режимов обработки исключить совпадение частот, кратных частотам вращения водила и выходного шпинделя головки (подвижного центрального колеса) с критическими частотами на спектре станка (в конкретном примере – 47, 53, 67, 75, 83, 183, 213, 226 Гц).

1. В диссертации решена научно-техническая задача, заключающаяся в повышении эффективности эксплуатации ускорительных головок за счет правильного выбора режимов обработки и как следствие уменьшения вибраций, снижающих качество обработанной поверхности и уменьшающих стойкость инструмента.

2. Экспериментально полученные данные о колебаниях переднего конца шпиндельной бабки станка с ускорительной головкой и силовым прецизионным патроном CoroGrip (для сравнения) показали, что амплитуды этих колебаний могут сильно различаться в зависимости не только от вида оснастки, но и от режимов резания, причем графики для ускорительной головки не имеют монотонного характера.

3. Проведенный спектральный анализ показал наличие в спектрах колебаний переднего конца шпиндельной бабки значительных пиков, связанных с возмущениями со стороны элементов конструкции ускорительной головки. Это было установлено на основе анализа конструкции головки и расчета частот возмущений, создаваемых ее элементами.

4. Математическое моделирование упругой системы ускорительной головки позволило определить ее статические и динамические характеристики, в частности, значения ее низших собственных частот. Оказалось, что значения этих частот лежат выше частот интенсивных возмущений, создаваемых элементами головки.

5. Проведенный эксперимент по определению статической жесткости головки подтвердил адекватность расчетных значений ее податливости в точке резания и позволил уточнить математическую модель ускорительной головки, с помощью которой определялись значения собственных частот.

6. Проведен анализ влияния отдельных элементов ускорительной головки на характер колебания шпинделя станка. Установлены элементы, являющиеся основными источниками вынужденных колебаний. Ими оказались: водило и шпиндель ускорительной головки. Сателлиты в данном случае не проявили себя в образовании пиков на спектрах колебаний, что, вероятно, связано с тем, что они изготовлены из пластика.

7. Произведены тестовые испытания – фрезерование уступов в заготовке с исследуемыми ранее частотами вращения инструмента, установлена немонотонная зависимость между шероховатостью Ra обработки и частотами n вращения инструмента, а также различия в качестве обработки при использовании ускорительной головки и патрона CoroGrip.

8. Разработаны критерии принятия решений по подбору режимов обработки при модернизации шпинделя фрезерного станка ускорительными головками планетарного типа, которые заключаются в выборе частот вращения шпинделя станка таким образом, чтобы частоты возмущающих воздействий от подвижных элементов мультипликатора не совпадали с собственными частотами станка.

Основные публикации по теме диссертации 1. Шереметьев К.В., Хомяков В.С. Влияние быстросменной ускорительной головки планетарного типа на качество обработки при фрезеровании концевыми фрезами // Научно–технический журнал «СТИН» №8, 2008. c. 7–12.

2. Шереметьев К.В. Вспомогательный инструмент для технологической модернизации фрезерных станков // Обзорно-аналитический, научнотехнический и производственный журнал «Технология машиностроения»

№9, 2008. с. 35–37.

3. Шереметьев К.В., Хомяков В.С., Судариков О., Кирик А.П. Влияние сложной дополнительной оснастки на уровень колебаний станка // Промышленный журнал «ТЕХНОМИР» №2 (32) 2007. с. 80–82.

4. Шереметьев К.В., Хомяков В.С. Модернизация без значительных затрат // Промышленный журнал «ТЕХНОМИР» №2 (24) 2005. с. 86–88.

5. Шереметьев К.В., Хомяков В.С., Николаев Ю.Л. Борьба с вибрациями в прецизионной металлообработке // Промышленный журнал «ТЕХНОМИР»

№1 (27) 2006. с. 80–83.

6. Шереметьев К.В., Хомяков В.С. Лазерные измерительные системы // Промышленный журнал «ТЕХНОМИР» №4 (30)2006. с. 98–100.

7. Шереметьев К.В., Хомяков В.С. Инструментальная оснастка металлообрабатывающих станков // Промышленный журнал «ТЕХНОМИР»

№2 (28)2006. с. 10–12.