Investigation of oscillations in the forces of interaction of the milling cutter with the workpiece during passing and counter milling
Keywords:
vibration during milling, vibration diagnostics of machining equipment, adaptive cutting control, vibration monitoring, cutting mode correctionAbstract
The article presents the results of a study of fluctuations in the forces of interaction between the tool and the workpiece during climb and counter milling in order to determine the optimal cutting conditions and their effect on the quality of machined surfaces. On the basis of a number of experiments on the processing of the workpiece on a modern machining center HSC 75 DMG and DMC-635 in various cutting modes with climb and counter milling, the characteristics of spatial fluctuations in the interaction force of the end mill with the workpiece were obtained. To register the spatial components of the cutting forces during milling, a Kistler torque table installed on the machining center was used. Data analysis using specialized software and vibration theory methods showed that at high spindle speeds in a number of processing modes, the cutting edges of the cutter interact with the workpiece unevenly, which reduces the quality of milling and leads to premature tool wear. When changing the angular frequency of rotation of the spindle, resonances arise in the spindle, in the tool, in the fastening system and in the workpiece itself, which leads to a significant fluctuation of the milling forces. Numerous harmonic components appear in the vibration spectrum of milling forces, which is associated with a violation of the mutual contact of the cutting edges of the tool with the workpiece. Plotting oscillation orbits, projections of cutting forces on the coordinate axes, calculation of tangential and radial force effects confirm the results of the study and contribute to the determination of additional criteria for assessing physical and technical cutting processes. Similar criteria can be used in monitoring and vibration protection systems for machine tools to provide adaptive control and automatic correction of cutting conditions.
References
Исследование влияния режимов резания на выходные параметры при точении фрезерованием быстрорежущей стали / Г.В. Матлыгин, А.В. Савилов, А.С. Пятых и др. // Advanced Engineering Research. 2022. Т. 22. № 2. С. 99–106.
Вопросы конечно-элементного анализа винтов транспедикулярной фиксации / А.С. Пятых, А.А. Дук, С.А. Тимофеев и др. // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации) : материалы докладов VI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Иркутск, 2022. С. 244–251.
Лукьянов А.В., Алейников Д.П., Портной А.Ю. Система защиты обрабатывающих центров от опасных динамических нагрузок на основе анализа параметров вибрации и силы // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2017. Т. 21. № 4 (123). С. 30–38.
Пятых А.С., Савилов А.В., Николаев А.Ю. Исследование зажимных патронов для сверления точных отверстий // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 4 (32). С. 70–74.
Алейников Д.П., Лукьянов А.В. Исследование динамики крепления датчиков вибрации шпинделей обрабатывающих центров // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2015. № 2 (97). С. 28–35.
Serebrennikova A.G., Savilov A.V. A Study of Effects of the Cutting Tool Geometry on the Output Parameters When Turning VT22 Titanium Alloy // Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2021). Челябинск, 2022. С. 642–649. DOI 10.1007/978-3-030-85230-6_76.
Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование пространственной вибрации обрабатывающего центра в режиме фрезерования // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 1 (21). С. 96–101.
Лукьянов А.В., Алейников Д.П., Костин П.Н. Разработка и опытная эксплуатация системы виброударозащиты и диагностики обрабатывающих центров // Проблемы механики современных машин : сб. ст. VIII Междунар. конф. Улан-Удэ, 2022. С. 150–155.
Пятых А.С, Савилов А.В., Тимофеев С.А. Метод контроля износа режущего инструмента при концевом фрезеровании нержавеющей стали // Трение и износ. 2021. Т. 42, № 4. С. 411–417.
Timofeev S., Savilov A., Pyatykh A. Studies on the effect of cutter wear on cutting dynamics when turning // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1367–1370. DOI 10.1016/j.matpr.2020.08.105.
Savilov A., Pyatykh A., Nikitenko A. Axial contact points method for improving end-milling productivity // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. P. 1505–1507. DOI 10.1016/j.matpr.2020.08.138.
Nikitenko A. V., Savilov A. V., Pyatykh A. S. Study of the axial contact points method applied when end-milling titanium alloys // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). P. 436-444. DOI 10.1007/978-3-030-54817-9_51.
Pyatykh A.S., Savilov A.V. A study of vibration measuring devices used in the edge cutting machining // Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2021). Челябинск, 2022. С. 634–641. DOI 10.1007/978-3-030-85230-6_75.
Исследование технологии обработки отверстий малых диаметров в полимерном композиционном материале на робототехническом комплексе / Н.С. Чащин, Ю.Н. Иванов, А.В. Сидорова и др. // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2017. Т. 21. № 6 (125). С. 39–48.
Чащин Н.С., Иванов Ю.Н. Обработка отверстий в смешанных пакетах методом орбитального сверления // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2015. № 11 (106). С. 44–49.
Неразрушающий контроль / под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 8. М : Машиностроение, 2005. 789 с.
Григорьев С.Н., Гурин В.Д., Козочкин М.П. Диагностика автоматизированного производства. М : Машиностроение, 2011. 600 с.
Семенов Е.Н., Беломестных А.С., Сидорова А.В. Исследование частотных характеристик робота KUKA KR210 R2700 extra // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. всерос. молодежн. науч.-практ. конф. Иркутск, 2016. С. 252–257.
Савилов А.В., Пятых А.С. Влияние вибраций на точность и качество поверхности отверстий при сверлении // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2013. № 12 (83). С. 103–111.
Савилов А.В., Пятых А.С. Определение коэффициентов сил резания для моделирования процессов механообработки // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. Т. 17. № 2. 2015. С. 211–216.
