Диагностика токарной обработки металлов резанием посредством анализа вибрационных параметров

Цель исследования. Работа посвящена доказательству, что вибрация державки режущего инструмента несет в себе информацию о текущей силе резания и виде сходящей стружки, а спектральный анализ виброускорения позволит извлечь данную информацию в полном объеме, что имеет потенциал для проведения оперативной диагностики режима резания и позволит, путем динамического корректирования параметров, соблюдать условия наилучшей обрабатываемости. Информация о виде стружки позволяет оценить температуру резания, как определяющий фактор стружкообразования, которую весьма проблематично измерить напрямую с достаточной точностью.
Методы. В работе логически обосновывается научное предположение о возможности оперативной диагностики процесса токарной обработки с помощью анализа спектра виброускорения державки режущего инструмента. Для подтверждения состоятельности предположения проведен натурный эксперимент. Предположение об изменении спектра следует из анализа причин, влияющих на величину проекций силы резания, а именно, вертикальной составляющей. Величина этой проекции определяется давлением стружки на переднюю поверхность резца.
Результаты. Проведена серия экспериментов по регистрации изменений спектрального состава вибрации режущего инструмента. Было доказано, что вибрация действительно несет информацию об основных параметрах процесса резания, то есть при изменении вида стружки качественно меняется состав спектра виброускорения. Адекватность полученных временных сигналов вертикальной составляющей виброускорения подтверждается их точным сходством с зависимостями вертикальной составляющей силы резания, поскольку эти характеристики связаны как причина и следствие.
Заключение. Спектральный анализ вибрации может стать основой оперативной диагностики токарной обработки металлов и лечь в основу Адаптивной системы управления режимами резания в станках с числовым программным управлением.

1. Артамонов Е.В., Васильев Д.В., Утешев М.Х. Формирование условий максимальной обрабатываемости жаропрочных материалов путем высокотемпературного охрупчивания при резании // СТИН. 2016. № 9. С. 21-24.

2. Бражкин Ю.А. Виброконтроль станочного оборудования и технологических процессов обработки металлов // Известия МГТУ. 2007. №2 (4).

3. Васин Л. А., Васин С. А., Кошелева А. А. Эмерджентный подход к созданию виброустойчивых режущих инструментов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. №11-2.

4. Васин С. А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Серия «Библиотека инструментальщика». М.: Машиностроение, 2006. 384 с.

5. Взаимосвязь явлений при резании металлов и температурный фактор / Е. В. Артамонов [и др.]. Тюмень : ТюмГНГУ, 2014. 152 с.

6. Вибродиагностика : моногр. / Г. Ш. Розенберг, Е. З. Мадорский [и др.]; под ред. Г.Ш. Розенберга. СПб.: ПЭИПК, 2003. 284 с.

7. Динамический виброгаситель с системой автоматической настройки на частоту колебаний / А. Н. Гаврилин, П. С. Рожков, О. О. Ангаткина, Б. Б. Мойзес // Известия ТПУ. 2011. №2.

8. Голосной С. В., Чукарин А. Н. Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации копировально-фрезерных станков // Вестник ДГТУ. 2016. №4 (87).

9. Григорьев С. Н., Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Диагностика автоматизированного производства. М.: Машиностроение, 2011. 600 с.

10. Завгородский В.И., Маслов А.Р. Управление виброустойчивостью технологической системы // Комплект: ИТО. 2009. № 10. С. 22–25.

11. Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибраций в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.

12. Системы виброзащиты, виброконтроля и вибродиагностики промышленного оборудования / Е. Н. Ишметьев, Д. В. Чистяков, А. Н. Панов, Е. Э. Бодров, М. Врабел // ЭС и К. 2019. №1 (42).

13. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С., Маслов А. Р. Станки с ЧПУ с системами диагностики // Комплект: ИТО. 2010. № 6. С. 34–35.

14. Козочкин М. П. Особенности вибраций при резании материалов // СТИН. 2009. № 1. С. 29–35.

15. Козочкин М.П., Сабиров Ф.С. Оперативная диагностика при металлообработке – проблемы и задачи // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №3.

16. Литвинчук А.Ю. Анализ спектра вибрации режущего инструмента // Решетневские чтения. 2011. №15.

17. Матюшкова О. Ю., Тэттэр В. Ю. Современные методы виброакустического диагностирования // Омский научный вестник. 2013. №3 (123).

18. Метод формирования условий максимальной обрабатываемости жаропрочных материалов путем высокотемпературного охрупчивания при резании / Е. В. Артамонов [и др.]. Тюмень : ТИУ, 2016. 181 с.

19. Несмеянов Е. А. Демпфирование колебаний несущей системы многошпиндельных фрезерных станков // Вестник ВГТУ. 2010. №3.

20. Хоменко А. П., Елисеев С. В., Засядко А. А. Формирование концепции вибродиагностических методов неразрушающего контроля. Современные представления // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2008. №1.