Подавление автоколебаний при токарной обработке программной модуляцией скорости резания системы числового программного управления станка

Оригинальная статья / Original article УДК 621.914.1

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-12-115-124

ПОДАВЛЕНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ ПРОГРАММНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКА

© В.М. Свинин1, А.В. Савилов2, А.В. Шутенков3, М.А. Панин4

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ: Определение предельных возможностей современного токарного станка с числовым программным управлением по модуляции скорости резания, создаваемой программным путем, и оценка эффективности подавления автоколебаний заготовки в границах этих возможностей. Проведен анализ литературных источников. Для создания модуляции частоты вращения шпинделя программным путем применили техническое решение фирмы Siemens, основанное на использовании таймера. Экспериментальные исследования проводили на токарном обрабатывающем центре модели DMG NEF 400 со стойкой числового программного управления Siemens 840D. Для измерений параметров в опытах использовали лазерный виброметр Polytec OFV-505, трехкомпонентный динамометр Kistler Type 9129AA, профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200, встроенную в систему числового программного управления станка функцию Servo Trace, программное обеспечение «Dyno Ware» и «National Instruments Lab View 2012». Испытания станка на холостом ходу при всех сочетаниях частоты вращения шпинделя и частоты ее модуляции позволили установить, что инерционность шпинделя препятствует полной отработке станком заданной глубины модуляции. Степень этой отработки определена графиками в пространстве технологических параметров. С учетом возможностей станка проведены опыты по гашению автоколебаний нежесткой заготовки модулированной скоростью резания. Для конкретных условий обработки модуляция скорости резания обеспечила снижение уровня автоколебаний и колебаний силы резания в 20 раз, и шероховатости обработанной поверхности в 2 раза. На основе испытаний станка найдена область его рационального использования для гашения автоколебаний нежестких заготовок с помощью модуляции скорости резания. Экспериментальным путем доказана способность станка практически полного подавления автоколебаний при работе в границах его возможностей.

Ключевые слова: автоколебания, модуляция скорости резания, глубина и частота модуляции, точение валов

Информация о статье: Дата поступления 29 октября 2018 г.; дата принятия к печати 30 ноября 2018 г.; дата онлайн-размещения 28 декабря 2018 г.

Для цитирования: Свинин В.М., Савилов А.В., Шутенков А.В., Панин М.А. Подавление автоколебаний при токарной обработке программной модуляцией скорости резания системы числового программного управления станка. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018;22(12): 115—124. DOI: 10.21285/18143520-2018-12-115-124

0

1Свинин Валерий Михайлович, профессор кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств, e-mail: svinin_vm@mail.ru

Valéry M. Svinin, Professor of the Department of Technology and Equipment of Machine-Building Industries, e-mail: svinin_vm@mail.ru

2Савилов Андрей Владиславович, доцент кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств, e-mail: saw@istu.edu

Andrey V. Savilov, Associate Professor of the Department of Technology and Equipment of Machine-Building Industries, e-mail: saw@istu.edu

3Шутенков Антон Владимирович, магистрант, e-mail: shuteanton@yandex.ru Anton V. Shutenkov, Master Degree student, e-mail: shuteanton@yandex.ru

4Панин Михаил Александрович, аспирант, e-mail: Panin_ma@mail.ru Mikhail A. Panin, Postgraduate student, e-mail: Panin_ma@mail.ru

Valery M. Svinin, Andrey V. Savilov, Anton V. Shutenkov, Mikhail A. Panin

Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russian Federation

ABSTRACT: The purpose of the paper is determination of the limiting capabilities of a modern CNC lathe by cutting speed modulation created by software and evaluation of the damping efficiency of workpiece self-oscillations within the limits of these capabilities. The literary sources are reviewed. Software modulation of the spindle speed is performed using the technical solution of Siemens based on the use of a timer. Experimental studies are carried out on a turning machining center of the DMG NEF 400 model with a Siemens 840D CNC stand. Parameters in the experiments are measured using a laser vibrometer Polytec 0FV-505, a three-component dynamometer Kistler Type 9129AA, a profilometer Taylor Hobson Form Talysurf i200, a Servo Trace function built in the system of machine-tool numeric control, Dyno Ware and National instruments Lab View 2012 software. Conducted tests of the idle machine-tool at all combinations of the spindle speed and its modulation frequency allowed to find out that spindle inertia prevents the machine-tool from complete development of the given depth of modulation. The degree of this development is determined by the graphs in the space of technological parameters. Machine-tool capabilities considered, the authors carried out the experiments on damping the self-oscillations of a non-rigid workpiece by the modulated cutting speed. For specific processing conditions the modulation of the cutting speed reduced the level of self-oscillations and cutting force fluctuations by 20 times and treated surface roughness by 2 times. Conducted tests of the machine-tool provided the opportunity to specify the area of its rational use for damping of non-rigid workpiece self-oscillations by means of cutting speed modulation. Machine-tool ability of almost complete elimination of self-oscillations when operating within its capabilities has been proved experimentally.

Keywords: self-oscillations, cutting speed modulation, depth and frequency of modulation, shaft turning

Information about the article: Received October 29, 2018; accepted for publication November 30, 2018; available online December 28, 2018.

For citation: Svinin V.M., Savilov A.V., Shutenkov A.V., Panin M.A. Damping of self-oscillations at lathe turning by software modulation of CNC machine-tool cutting speed. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018; 22(12):pp. 115-124. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2018-12-115-124

Введение

DAMPING OF SELF-OSCILLATIONS AT LATHE TURNING BY SOFTWARE MODULATION OF CNC MACHINE-TOOL CUTTING SPEED

Одной из основных проблем, препятствующих повышению производительности, точности и качества обработки заготовок на современных металлорежущих станках, в том числе с числовым программным управлением (ЧПУ), является опасность возникновения автоколебаний, поддержание и развитие которых обеспечивается регенеративным эффектом [1]. Известные традиционные способы их подавления (повышение жесткости технологической системы или изменение ориентации ее главных осей, снижение силовой напряженности процесса резания, введение дополнительного демпфирования и другие) по разным причинам не всегда позволяют решить эту проблему [2]. Поэтому возникает потребность в поиске и разработке новых путей борьбы с автоколебаниями. Одним из таких путей, непосредственно разрушающих механизм энергетического поддержания автоколебаний,

т.е. их регенерацию, является модуляция скорости резания, впервые предложенная в 1970 г. В.А. Шнепсом [3].

С тех пор к методу модуляции скорости резания вследствие его гибкости и простоты реализации проявили интерес многие отечественные и зарубежные ученые [4-22]. На основании теоретических и экспериментальных исследований, а также имитационного моделирования была доказана эффективность подавления автоколебаний при точении и фрезеровании. Установлено, что модуляция скорости резания по гармоническому (синусоидальному) закону предпочтительнее, чем по прямоугольному, треугольному или случайному законам вследствие меньших ошибок отслеживания и более значительного повышения предела устойчивости. Среди исследователей сложилось мнение, что на подавление автоколебаний глу-

Ш

бина модуляции скорости резания оказывает более сильное влияние, чем ее частота.

Несмотря на большой объем выполненных исследований, недостаточно изученным оказался вопрос выбора предельно достижимых значений параметров модуляции скорости резания, допускаемых инерционностью шпинделя, заготовки и инструмента, а также тепловой перегрузкой приводного электродвигателя шпинделя. Отсутствие информации о реальной способности современных станков с ЧПУ к модуляции скорости резания сдерживает применение этого метода на производстве. Вторым

препятствием к практическому использованию модулированной скорости резания является отсутствие у большинства моделей станков с ЧПУ встроенной функции по ее созданию, что требует поиска специального программного решения.

Целью данной работы является определение предельных возможностей современного токарного станка с ЧПУ по модуляции скорости резания, создаваемой программным путем, и оценка эффективности подавления автоколебаний заготовки в границах этих возможностей.

Рис. 1. Экспериментальная установка: 1 -заготовка, закрепленная в трехкулачковом патроне, с установленной фокусировкой лазерного луча; 2 - динамометр Kistler Type 9129AA с закрепленным инструментом; 3 - лазер Polytec OFV-505 Fig. 1. Experimental installation: 1 - a workpiece fixed in a three-jaw cartridge with a set focus of the laser beam; 2 - Kistler Type 9129AA dynamometer with the fixed instrument; 3 - Polytec OFV-505 laser

Оборудование и методы

Экспериментальное исследование проводили на токарном обрабатывающем центре DMG NEF 400, оснащенном стойкой ЧПУ Siemens 840D (рис. 1). В литературных источниках технической направленности имеется очень мало информации о создании программным путем модуляции скорости резания. Нами было найдено два технических решения, одно из которых основано на использовании механизма синхронных действий [23], а второе - таймера [24]. Предварительные опыты показали, что второе решение более эффективно и поэтому оно было выбрано для проведения исследова-

ния. Выявление способности станка отрабатывать заданные частоту и глубину модуляции проводили на холостом ходу при частотах вращения шпинделя п от 50 до 3500 оборотов в минуту и относительных частотах модуляции за один оборот tf =0,125; 0,25; 0.5 и 1. Диапазон изменения относительной частоты модуляции выбирали согласно рекомендациям работы [25]. Перевод относительной частоты модуляции за один оборот шпинделя tf в абсолютную частоту модуляции f в Герцах выполняется по формуле / = n/(60£f ). В ходе опытов для каждого сочетания частот вращения шпин-

Ш

деля и ее модуляции последовательно изменяли глубину модуляции от 0 до 25% с шагом в 5%. При этом допустимая силовая нагрузка на шпинделе была принята на уровне 50%. Ее фактическую величину контролировали визуально с помощью индикатора шкалы на экране стойки ЧПУ. Степень отработки станком заданных значений глубины и частоты модуляции угловой скорости шпинделя оценивали в ходе обработки по графикам на экране монитора, создаваемых встроенной в систему управления функцией Servo Trace.

В опытах по резанию обтачивали заготовку из стали 45 в состоянии поставки диаметром 46 мм, закрепленную консольно с вылетом 230 мм в трехкулачковом патроне. В качестве инструмента использовали резец SANDVIK DCLNL 2020K 12 со сменной режущей пластиной CNMG 432 -MM 2035, который устанавливали в трех-компонентный динамометр Kistler Type 9129AA, расположенный на револьверной головке станка. Сигнал об измеренных составляющих силы резания анализировали при помощи программного обеспечения «Dyno Ware».

Условия обработки выбирали в соответствии с методиками, описанными в работе [26]. Режим резания всухую предварительно был назначен в соответствии с рекомендациями производителя инструмента, а затем скорректирован по результатам проведенного модального анализа [27] таким образом, чтобы он соответствовал области неустойчивого резания. В итоге был назначен следующий режим обработки: частота вращения шпинделя 1000 об/мин, глубина резания 1 мм, подача 100 мм/мин. В ходе опытов на свободном конце заготовки протачивали пояски длиной 20 мм. Шероховатость обработанной поверхности измеряли профилометром Taylor Hobson Form Talysurf ¡200.

Для регистрации колебаний свободного конца заготовки при резании применили лазерный виброметр Polytec OFV-505, сигнал от которого обрабатывали в программе «National Instruments Lab View 2012» с использованием модуля «Sounds and Vi-braton Assistant». Перед началом опытов поверхность вала была проточена начисто для лучшей фокусировки луча лазера.

Рис. 2. Зависимость фактической глубины модуляции от её номинальной при частоте вращения шпинделя 1000 об\мин и относительной частоте: а - 1 мод/об; б - 0,5 мод/об; в - 0,25 мод/об;

г - 0,125 мод/об; д - 0 мод/об Fig. 2. Dependence of the actual modulation depth on its nominal depth at a spindle speed of 1000 rpm and relative frequency of: a - 1 mod/rev; б - 0.5 mod/rev; в - 0.25 mod/rev; г - 0.125 mod/rev; д - 0 mod/rev

Результаты и обсуждение

Результаты испытаний станка показали, что инерционность шпинделя препятствует отработке Заданной глубины модуляции частоты его вращения. С повыше-

нием угловой скорости шпинделя и параметров ее модуляции это препятствие нарастает. Для иллюстрации этого явления при частоте вращения шпинделя 1000

об./мин на рис. 2 представлены графики зависимости фактической глубины модуляции от заданной при разных значениях ее относительной частоты. На графиках видно, что для данного случая полная отработка модуляции возможна только при ее глубине в 20% при ^ = 0,125 мод/об, 15% при ^ = 0,25 мод/об и 5% при £f = 0,5 мод/об.

Результаты всех испытаний отражают графики на рис. 3 и 4.

Увеличение частоты вращения шпинделя и частоты ее модуляции приводит к резкому снижению способности станка отрабатывать заданную глубину модуляции. Например, при абсолютной частоте модуляции 4,17 Гц на частоте вращения шпинделя п = 500 об/мин возможна глубина модуляции скорости резания в 50% от номинальной, а на п = 1500 об/мин уже только 5% (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость глубины модуляции от частоты вращения шпинделя и частоты модуляции: 1 - 1 Гц; 2 - 1,7 Гц; 3 - 4,17 Гц; 4 - 6,25 Гц; 5 - 8,3 Гц; 6 - 10,4 Гц; 7- 12,5 Гц; 8 - 16,7 Гц Fig. 3. Dependence of the modulation depth on the spindle speed and modulation frequency: 1 - 1 Hz; 2 - 1.7Hz; 3 - 4.17Hz; 4 - 6.25 Hz; 5- 8.3 Hz; 6 - 10.4 Hz; 7- 12.5 Hz; 8 - 16.7Hz

Рис. 4. Зоны полной и неполной отработки глубины модуляции частоты вращения шпинделя Fig. 4. Zones of complete and incomplete development of the spindle speed modulation depth

Влияние глубины модуляции скорости резания на амплитуды автоколебаний

и колебаний силы резания Effect of cutting speed modulation depth on the amplitudes of self-oscillations _and cutting force fluctuations_

Глубина модуляции, % Амплитуда первой гармоники автоколебаний, мкм Амплитуда первой гармоники колебаний силы, Н

Относительная частота модуляции 0,5 мод/об

0 0,578 55,5

5 0,342 22

10 0,225 14

15 0,149 9

20 0,131 5,7

22,5 0,011 2,6

25 0,030 1,5

Относительная частота модуляции 0,25 мод/об

0 0,578 55,5

5 0,188 24,7

10 0,226 15,2

15 0,043 4,42

20 0,306 16

22,5 0,028 2,6

25 0,156 3,7

Относительная частота модуляции 0,125 мод/об

0 0,578 55,5

5 0,329 33,7

10 0,180 13,7

15 0,086 5,75

20 0,330 2,7

22,5 0,064 12

25 0,099 2,3

0

На рис. 4 область технологических параметров разделена на две зоны по абсолютной частоте модуляции. В первой зоне станок отрабатывает заданную глубину модуляции полностью, а во второй - частично. Таким образом, на частоте вращения п = 1000 об/мин максимально возможная отрабатываемая частота модуляции равна 6 Гц (см. рис. 4).

Полученная в испытаниях информация имеет не только теоретическую, но и практическую ценность. Она может плодотворно использоваться заводскими технологами для назначения безвибрационных

режимов резания при обработке ответственных деталей. Поэтому подобные испытания можно рекомендовать машиностроительным предприятиям для всех моделей станков с ЧПУ, на которых возможно использовать модулированную скорость резания для подавления автоколебаний маложестких заготовок или инструментов.

С учетом изученных возможностей станка были проведены опыты по точению нежесткой заготовки с целью гашения автоколебаний путем модуляции скорости резания. Натурный эксперимент проводили при частоте вращения шпинделя п = 1000 об/мин,

Ш

Рис. 5. Влияние глубины модуляции на: а - амплитуду автоколебаний, б - амплитуду колебаний силы резания Fig. 5. The influence of the modulation depth on: a - amplitude of self-oscillations, b - amplitude of cutting force oscillations

частотах модуляции tf =0,5; 0,25 и 0,125 мод/об (/=8,3; 4,17 и 2,8 Гц) и ступенчатым увеличением глубины модуляции до 25%, которые станок способен полностью отработать. Результаты опытов представлены в таблице.

Повышение глубины модуляции скорости резания на всех ее частотах сопровождается существенным снижением амплитуд автоколебаний и колебаний силы резания, что свидетельствует о значительном повышении динамической устойчивости процесса резания. На рис. 5 показаны совмещенные графики влияния глубины модуляции на амплитуды автоколебаний заготовки и колебаний силы резания при относительной частоте модуляции tf = 0,25 мод/об. Глубина модуляции в 22,5% позволила в

этом случае снизить интенсивность автоколебаний и неравномерность силовой нагрузки примерно в 20 раз.

Интересно отметить, что графики на рис. 5 носят немонотонный характер, подтверждающий периодическое изменение фазового сдвига текущих автоколебаний относительно вибрационного следа на поверхности резания с ростом глубины модуляции. Это хорошо согласуется с современным представлением о физической природе регенеративных автоколебаний [1, 16, 25] и дает ключ к управлению их уровнем. Создание благоприятных условий резания путем модуляции скорости положительно отразилось на качестве обработанной поверхности (рис. 6). Параметр Ра ее шероховатости снизился с 3,7 мкм до 1,9 мкм, т.е. практически вдвое.

b

d

Рис. 6. Фотографии поверхностей обработанных: а - с постоянной скоростью резания и с модулированной скоростью резания при относительной частоте модуляции 0.5 мод/об

и её глубине: b - 5%, c - 10%, d - 20%, e - 25% Fig. 6. Images of the surfaces machined: a - with a constant cutting speed and with modulated cutting speed at a relative modulation frequency of 0.5 mod/rev and its depth of: b - 5%, c -10%, d - 20%, e - 25%

a

c

e

Проведенное исследование доказало высокую эффективность метода подавления автоколебаний при точении путем модуляции скорости резания. Однако для его успешного внедрения в промышленность требуется проведение дальнейших

исследований для оценки способностей конкретных моделей станков к модуляции частоты вращения шпинделя и поиска оптимальных параметров модуляции для наилучшего гашения автоколебаний в широком диапазоне режимов резания и обрабатываемых материалов.

Заключение

1. Анализ возможных способов подавления автоколебаний при обработке резанием показывает, что одним из наиболее эффективных является программное управление скоростью резания. Этот метод прост в реализации и не требует сложной технологической наладки. Однако практическое применение этого метода затруднено недостаточной изученностью процесса и ограниченными возможностями станков по его реализации.

2. Для конкретного токарного обрабатывающего центра модели DMG NEF 400 со

стойкой ЧПУ Siemens 840D путем испытаний установлены предельно возможные параметры модуляции частоты вращения шпинделя, что создает условия его рациональной эксплуатации.

3. Опытным путем доказано, что обработка с модулированной скоростью резания в пределах возможностей станка может обеспечить почти полное подавление автоколебаний заготовок малой жесткости.

4. Метод модуляции скорости резания нуждается в дальнейших исследованиях с целью широкого промышленного внедрения.

Библиографический список

1. Altintas Y, Weck M. Chatter stability of metal cutting and grinding // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2004. Vol.53. Issue2. P. 619-642. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)60032-8

2. Quintana G, Ciurana J. Chatter in machining processes: a review // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2011. Vol. 51. P. 363-376. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.01.001

3. Шнепс В.А. Экспериментальное исследование влияния синусоидального изменения скорости на устойчивость резания // Вопросы динамики и прочности. 1970. Вып. 20. С. 123-130.

4. Stoferle T., Grab H. Vermeiden von Ratterschwingungen durch Periodische Drehzahlanderung // Werkstatt und Betrieb. 1972. Vol. 105. P. 727-730.

5. Hoshi T., Sakisaka N., Moriyama I, Sato M. Study for practical application of fluctuating speed cutting for regenerative chatter control. //CIRP Annals - Manufacturing Technology. 1977. Vol. 25. P. 175-179. D0I:10.1299/kikai 1938.44.1085

6. Sexton J.S., Stone R.J. An investigation of the transient effects during variable speed cutting // Journal of Mechanical Engineering Science. 1980. Vol. 22. Issue 3. P. 107-118.

D0I:10.1243/JMES_J0UR_1980_022_024_02.

7. Jemielniak K., Widota A. Suppression of Self-excited Vibration by the Spindle Speed Variation Method // Int. J. Mach. Tool Des. Res. 1984. Vol. 24. P. 207-214.

8. Lin S.C., Devor R.E., Kapoor S.G. The effects of variable speed cutting on vibration control in face milling // ASME, Journal of Engineering for Industry. 1990. Vol. 112. P. 1-11. DOI: 10.1115/1.2899290

9. Lee A.C., Liu C.S. Analysis of chatter vibration in the end milling process // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1991. Vol. 31. Issue 4. P. 471479. DOI: 10.1016/0890-6955(91)90030-7.

10. Свинин В.М. Гашение автоколебаний при фрезеровании путем периодического изменения скорости резания // Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья: тез. докл. региональной науч.-техн. конф. ЧитПИ (г. Чита, 1991 г.). Чита, 1991. С. 15-16.

11. Altintas Y., Chan P.K. In process detection and suppression of chatter in milling,// International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32. P. 329347. D0I:10.1016/0890-6955(92)90006-3

12. Tsao T., Carthy M., Kapoor S. A new approach to stability analysis of variable speed machining systems // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1993. Vol. 33. Issue 6. P. 791-808. DOI: 10.1016/0890-6955(93)90038-V

13. Jayaram S., Kapoor S.G., DeVor R.E. Analytical stability analysis of variable spindle speed machining // ASME, Journal of Engineering for Industry. 2000. Vol. 122. P. 391 -397.D01:10.1115/1. 1285890

14. Yilmas A, Al-Regib E., NiJ. Machine Tool Chatter

Suppression by Multi-Level Random Spindle Speed Variation // ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2002. Vol. 124. P. 208-216. DOI: 10.1115/1.1378794

15. Афонин А.А., Афонина Н.А., Орлов А.Б. Повышение виброустойчивости технологической системы, на основе управляемой девиации параметров режима резания // Справочник. Инженерный журнал. 2004. Приложение № 8. С. 29-32.

16. Свинин В.М. Фрезерование с модулированной скоростью резания. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2007. 302 с.

17. Zhang, H., Ni, J. Internal Energy Based Analysis on Mechanism of Spindle Speed Variation for Regenerative Chatter Control //Journal of Vibration and Control. 2010. Vol.16. Issue 2. P. 281-301. DOI: 10.1177/1077546309103562

18. Albertelli P., Musletti S., Leonesio M., Bianchi G., Monno M.Spindle speed variation in turning: Technological effectiveness and applicability to real industrial cases // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012.Vol. 62. Issue 1-4. P. 59-67.DOI: 10.1007/s00170-011 -3790-8.

19. Внуков Ю.Н., Натальчишин В.В., Гермашев А.И., Кучугуров М.В., Дядя С.И. Применение модуляции скорости главного движения фрезерного станка для гашения регенеративных автоколебаний при фрезеровании тонкостенных деталей // Вюник НТУУ «КП1». 2014. Серiя машинобудування. № 3 (72). С. 12-17.

20. Ding Y., Zhu L.M., Zhang X.J., Ding H. Integration Method for Stability Analysis of Milling With Variable Spindle Speeds //ASME Journal of Vibration and Acoustics. 2015. Vol. 138. Issue 1. P. 011010.D0I: 10.1115/1.4031617.

21. Niu, J., Ding, Y., Zhu, L., Ding, H. Stability Analysis of Milling Processes With Periodic Spindle Speed Variation Via the Variable-Step Numerical Integration Method

//ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2016. Vol. 138. Issue 11. P. 114501.DOI: 10.1115/1.4033043.

22. Stepan, G., Kiss, A. K., Ghalamchi, B., Sopanen, J., Bachrathy, D. Chatter Avoidance in Cutting Highly Flexible Workpieces //CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2017. Vol. 66. Issue 1. P. 377380. DOI: 10.1016/j.cirp.2017.04.054.

23. Кучугуров М.В., Гермашев А.И., Дядя С.И., Пирожок А.В. Особенности реализации возможностей управления приводами станков на базе стойки ЧПУ SIEMENS // ISSN 2078-7677. Висою технологи в ма-шинобудуванш, 2015. Випуск 1 (25). С. 80-87.

24. SINUMERIK 828D, 840D sl: Avoiding vibration in slewing gear pieces [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://support.industry.siemens.com/cs/docu-ment/78452062/sinumerik-828d-840d-sl%3A-avoiding-vibration-in-slewing-gear-pieces?dti=0&lc=en-WW (дата обращения: 14.10.2018).

25. Свинин В.М. Выбор параметров модуляции скорости резания для гашения регенеративных автоколебаний // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. 2006. № 41. С. 135-142.

26. Серебренникова А.Г., Пятых А.С., Тимофеев С.А. Исследование зависимости сил резания от геометрических параметров токарного резца // Авиамашиностроение и транспорт Сибири: Сборник статей IX Всерос.-практ. конф. Иркутск: Изд-во Иркутского государственного технического университета, 2017. С. 241-246.

27. Савилов А.В., Пятых А.С., Тимофеев С.А. Оптимизация процессов механообработки на основе модального и динамометрического анализа // Наука и технологии в промышленности. 2013. № 1-2. С. 42-46.

References

1. Altintas Y, Weck M. Chatter stability of metal cutting and grinding. CIRP Annals - Manu-facturing Technology, 2004, vol. 53, issue 2, pp. 619-642. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)60032-8

2. Quintana G, Ciurana J. Chatter in machining processes: a review. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2011, vol. 51, pp. 363-376. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.01.001

3. Shneps V.A. Experimental study of the effect of sinusoidal speed variation on cutting stability. Voprosy dina-miki i prochnosti [Problems of Dynamics and Quality], 1970, Issue. 20, pp. 123-130. (In Russian).

4. Stoferle T., Grab H. Vermeiden von Ratterschwingungen durch Periodische Drehzahlanderung. Werkstatt und Betrieb, 1972, vol. 105, pp. 727-730.

5. Hoshi T., Sakisaka N., Moriyama I, Sato M. Study for practical application of fluctuating speed cutting for regenerative chatter control. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 1977, vol. 25, pp. 175-179. D0I:10.1299/kikai 1938.44.1085

6. Sexton J.S., Stone R.J. An investigation of the transient effects during variable speed cutting. Journal of Mechanical Engineering Science, 1980, vol. 22, issue 3, pp. 107-118.

DOI: 10.1243/JMES_JOUR_1980_022_024_02.

7. Jemielniak K., Widota A. Suppression of Self-excited Vibration by the Spindle Speed Variation Method. Int. J. Mach. Tool Des. Res, 1984, vol. 24, pp. 207-214.

8. Lin S.C., Devor R.E., Kapoor S.G. The effects of variable speed cutting on vibration control in face milling. ASME, Journal of Engineering for Industry, 1990, vol. 112, pp. 1-11. DOI: 10.1115/1.2899290

9. Lee A.C., Liu C.S. Analysis of chatter vibration in the end milling process. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1991, vol. 31, issue 4, pp. 471479. DOI: 10.1016/0890-6955(91)90030-7.

10. Svinin V.M. Gashenie avtokolebanij pri frezerovanii putem periodicheskogo izmeneniya skorosti rezaniya [Damping of self-oscillations at milling by periodical

changing of the cutting speed]. Tezisy dokladov region-al'noj nauchno-tekhnicheskoj konferencii ChitPI "Per-spektivnye napravleniya razvitiya mashinostroeniya Za-bajkal'ya" [Abstracts of the regional scientific and technical conference of Chita Polytechnic university "Promising development areas of machine-building in the TransBaikal region", Chita, 1991]. Chita, 1991, рр. 15-16. (In Russian).

11. Altintas Y., Chan P.K. In process detection and suppression of chatter in milling // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1992, vol. 32, рр. 329347. DOI :10.1016/0890-6955(92)90006-3

12. Tsao T., Mccarthy M., Kapoor S. A new approach to stability analysis of variable speed machining systems // International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1993, vol. 33, Issue 6, рр. 791-808. DOI: 10.1016/0890-6955(93)90038-V

13. Jayaram S., Kapoor S.G., Devor R.E. Analytical stability analysis of variable spindle speed machining // ASME, Journal of Engineering for Industry, 2000, vol. 122, рр. 391-397. DOI: 10.1115/1.1285890

14. Yilmas A, Al-Regib E., Ni J. Machine Tool Chatter Suppression by Multi-Level Random Spindle Speed Variation. ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2002, vol. 124, рр. 208-216. DOI: 10.1115/1. 1378794

15. Afonin A.A., Afonina N.A., Orlov A.B. Increasing vibration resistance of the technological system based on controlled deviation of cutting mode parameters. Spravochnik. Inzhenernyj zhurnal [Handbook. Engineering journal], 2004, Appendix no. 8, рр. 29-32. (In Russian).

16. Svinin V.M. Frezerovanie s modulirovannoj skorost'yu rezaniya [Milling with modulated cutting speed]. Irkutsk: Irkutsk state technical university Publ., 2007, 302 р. (In Russian).

17. Zhang, H., Ni, J. Internal Energy Based Analysis on Mechanism of Spindle Speed Variation for Regenerative Chatter Control. Journal of Vibration and Control, 2010, vol. 16, Issue 2, рр. 281-301. DOI: 10.1177/1077546309103562

18. Albertelli P., Musletti S., Leonesio M., Bianchi G., Monno M. Spindle speed variation in turning: Technological effectiveness and applicability to real industrial cases. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, Vol. 62, Issue 1-4, рр. 59-67. DOI: 10.1007/s00170-011 -3790-8.

19. Vnukov Yu.N., Natal'chishin V.V., Germashev A.I., Kuchugurov M.V., Dyadya S.I. Application of speed modulation of the main movement of the milling machine for

Критерии авторства

Свинин В.М., Савилов А.В., Шутенков А.В., Панин М.А. подготовили рукопись и несут ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

damping regenerative self-oscillations at milling of thin-walled parts. Visnik NTUU «KPI». 2014. Seriya mashino-buduvannya, no. 3 (72), pp. 12-17. (In Russian).

20. Ding Y., Niu J., Zhu, L., Ding, H. Numerical Integration Method for Stability Analysis of Milling with Variable Spindle Speeds. ASME Journal of Vibration and Acoustics, 2015, vol. 138, issue 1, pp. 011 OlO.DOl: 10.1115/1.4031617.

21. Niu, J., Ding, Y., Zhu, L., Ding, H. Stability Analysis of Milling Processes with Periodic Spindle Speed Variation Via the Variable-Step Numerical Integration Method. ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2016, vol. 138, issue 11, 114501 p. DOI: 10.1115/1.4033043.

22. Stepan G., Kiss A.K., Ghalamchi B., Sopanen J., Bachrathy D. Chatter Avoidance in Cutting Highly Flexible Workpieces. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2017, vol. 66, issue 1, pp. 377-380. D0I:10.1016/j.cirp.2017.04.054.

23. Kuchugurov M.V., Germashev A.I., Dyadya S.I., Pi-rozhok A.V. Implementation features of possibilities of SIEMENS CNC stand-based machine-tool drive control. ISSN 2078-7677. Visoki tekhnologii v mashino-buduvanni, 2015, Vipusk 1 (25), pp. 80-87. (In Russian).

24. SINUMERIK 828D, 840D sl: Avoiding vibration in slewing gear pieces. URL: https://support.industry.sie-mens.com/cs/document/78452062/sinumerik-828d-840d-sl%3A-avoiding-vibration-in-slewing-gear-pieces?dti=0&lc=en-WW (14 October 2018).

25. Svinin V.M. Selection of cutting speed modulation parameters for damping regenerative self-oscillations. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Journal of Samara State Technical University, Series Technical Sciences], 2006, no. 41, pp. 135142. (In Russian).

26. Serebrennikova A.G., Pyatyh A.S., Timofeev S.A. Is-sledovanie zavisimosti sil rezaniya ot geometricheskih parametrov tokarnogo rezca [Study of cutting forces dependence on the geometric parameters of the lathe cutter]. Sbornik statej IX Vserossijskoj nauchno-praktich-eskoj konfe-rencii "Aviamashinostroenie i transport Sibiri" [Collection of articles of IX all-Russian scientific and practical conference "Aircraft engineering and transport in Siberia"]. Irkutsk: Irkutsk state technical University Publ., 2017, pp. 241-246. (In Russian).

27. Savilov A.V., Pyatyh A.S., Timofeev S.A. Optimization of machining process on the basis of modal and dynamometer analysis. Nauka i tekhnologii v promyshlen-nosti [Science and Technology in Industry], 2013, no. 1-2, pp. 42-46. (In Russian).

Authorship criteria

Svinin V.M., Savilov A.V., Shutenkov A.V., Panin M.A. prepared the manuscript for publication and bear the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.