Влияние анизотропии жесткости на динамику движения инструментального шпинделя

Шпиндели приводного инструмента получили широкое распространение в современном многооперационном технологическом оборудовании. Приведены методы теоретического анализа динамических процессов, происходящих в шпинделе приводного инструмента, предназначенного для высокоскоростной обработки. Разработана модель динамической системы шпиндель — инструмент, учитывающая анизотропию их жесткости, трение, демпфирующие силы и процессы последействия упругой фрикционной системы шпиндельного узла. Известно, что наибольшее влияние на возникновение субгармонических колебаний при вращении быстроходных роторов оказывает регенерация и наложение одних форм колебаний на другие. Устойчивость системы шпиндельного узла предложено увеличить путем изменения условий установки инструмента, для чего разработаны режущий и вспомогательный инструменты специальной конструкции, позволяющие исключить причины возникновения субгармонических колебаний. Построение математических моделей показало, что эти конструкции позволяют значительно повысить устойчивость динамической системы шпиндельного узла. Результаты моделирования подтверждены экспериментальными данными.
EDN: RRIAWD, https://elibrary/rriawd

Литература

[1] Решетов Д.Н., ред. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т. 2. Шпиндели и их опоры. Механизмы и детали приводов. Москва, Машиностроение, 1972. 520 с.

[2] Юркевич В.В. Точность фрезерной обработки. Вестник машиностроения, 2008, № 7, с. 33–37.

[3] Stoop F., Meier S., Civelli P. et al. Multi-variable rotor dynamics optimization of an aerostatic spindle. CIRP. J. Manuf. Sci. Technol., 2023, vol. 42, pp. 12–23, doi: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2023.01.006

[4] Salgado M., López de Lacalle L.N., Lamikiz A. et al. Evaluation of the stiffness chain on the deflection of end-mills under cutting forces. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2005, vol. 45, no. 6, pp. 727–739, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2004.08.023

[5] Эльясберг М.Е., Демченко В.А. Упрощенная модель многоконтурной динамической системы для расчета станка на устойчивость при резании. Станки и инструмент, 1987, № 8, с. 4–7.

[6] Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. Колебания твердых тел. Москва, Наука, 1976. 432 с.

[7] Shiau T.N., Chen K.H., Chang J.R. Critical speed analysis for nonlinear effects of rotor system and ball end milling. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2009, vol. 44, no. 5–6, pp. 463–475, https://doi.org/10.1007/s00170-008-1853-2

[8] Андреев-Андриевский А.Е. Простейший способ численного интегрирования уравнений движения механической колебательной системы. Вестник машиностроения, 2004, № 3, с. 17–19.

[9] Ni H., Zhao W., Qiu L. Measurement method of spindle motion error based on composite laser target. Int. J. Mach. Tools Manuf., 2022, vol. 174, art. 103860, https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2022.103860

[10] Tong V-C., Hwang J., Shim J. et al. Multi-objective optimization of machine tool spindle-bearing system. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 2020, vol. 21, no. 10, pp. 1885–1902, doi: https://doi.org/10.1007/s12541-020-00389-7

[11] Zheng W., Pei S., Zhang Q. et al. Experimental and theoretical results of the performance of controllable clearance squeeze film damper on reducing the critical amplitude. Tribol. Int., 2022, vol. 166, art. 107155, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107155

[12] Liu Х., Wei W., Yuan J. et al. A high accuracy method for the field dynamic balancing of rigid spindles in the ultra-precision turning machine. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 2021, vol. 22, no. 2, pp. 1829–1840, doi: https://doi.org/10.1007/s12541-021-00585-z

[13] Yamato S., Okuma T., Nakanishi K. et al. Chatter suppression in parallel turning assisted with tool swing motion provided by feed system. Int. J. Automation Technol., 2019, vol. 13, no. 1, pp. 80–91, doi: http://dx.doi.org/10.20965/ijat.2019.p0080

[14] Yamato S., Nakanishi K., Suzuki N. et al. Development of automatic chatter suppression system in parallel milling by real-time spindle speed control with observer-based chatter monitoring. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 2021, vol. 22, no. 2, pp. 227–240, doi: https://doi.org/10.1007/s12541-021-00469-2

[15] Zheng Z., Jin X., Sun Y. et al. Prediction of chatter stability for enhanced productivity in parallel orthogonal turn-milling. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2020, vol. 110, no. 9–10, pp. 2377–2388, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-020-06015-0

[16] Zhang L., Zha J., Zou C. et al. A new method for field dynamic balancing of rigid motorized spindles based on real-time position data of CNC machine tools. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2019, vol. 102, no. 2, pp. 1181–1191, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-018-2953-2