RU2690771C1 - Turning method - Google Patents

Turning method Download PDF

Info

Publication number
RU2690771C1
RU2690771C1 RU2018136886A RU2018136886A RU2690771C1 RU 2690771 C1 RU2690771 C1 RU 2690771C1 RU 2018136886 A RU2018136886 A RU 2018136886A RU 2018136886 A RU2018136886 A RU 2018136886A RU 2690771 C1 RU2690771 C1 RU 2690771C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
workpiece
machine
natural
resonance
Prior art date
Application number
RU2018136886A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Львович Либерман
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2018136886A priority Critical patent/RU2690771C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2690771C1 publication Critical patent/RU2690771C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: method involves imparting a rotary motion to the workpiece at a rotation frequency of n/60 Hz shifted from the natural frequency fHz machine technological system. Wave surface roughness is pre-measured in its cross-section, frequency of forced oscillations is selected as a relatively prime number with natural oscillation frequency, and the workpiece rotation speed is determined by the given formula depending on the nominal diameter of the workpiece and the wave pitch on its surface.EFFECT: preventing both complete and incomplete resonance in the system "machine-billet", which reduces vibration during machining, increases durability of the tool and improves the quality of the surface of the article.1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к области обработки резанием и может быть использован при изготовлении деталей типа тел вращения на токарных станках.The proposed method relates to the field of machining and can be used in the manufacture of parts such as rotation bodies on lathes.

В настоящее время способы, аналогичные предлагаемому, известны. Один из них, описанный, например, в книге «Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. Резание металлов, – М.: Высш. шк., 1985» на стр. 165, основывается на том, что для осуществления процесса точения заготовке придается вращательное движение относительно резца со скоростью (в об/мин) Currently, methods similar to the present, known. One of them, described, for example, in the book “G.I. Granovsky, V.G. Granovsky. Metal cutting, - M .: Higher. Sc., 1985 "on page 165, based on the fact that for the implementation of the process of turning the workpiece is given a rotational motion relative to the cutter with a speed (in rpm)

Figure 00000001
Figure 00000001

где V – скорость резания в м/мин, обеспечивающая стойкость инструмента, достаточную для изготовления партии деталей требуемого объема, D – номинальный диаметр (в мм) обрабатываемой заготовки. Указанная формула (в книге Грановских её номер 11.34) может быть представлена и в видеwhere V is the cutting speed in m / min, which ensures tool durability sufficient to manufacture a batch of parts of the required volume, D is the nominal diameter (in mm) of the workpiece. The specified formula (in the Granovsky’s book, its number 11.34) can also be represented as

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
– частота вращения заготовки в Гц.Where
Figure 00000003
- the frequency of rotation of the workpiece in Hz.

Способ-аналог довольно прост, однако, определяя частоту

Figure 00000003
так, как это в нем предусмотрено, далеко не всегда удается предотвратить при обработке возникновение вибраций. Последние влекут за собой ухудшение качества поверхности деталей, снижение стойкости инструмента и другие нежелательные явления.The analogue method is quite simple, however, determining the frequency
Figure 00000003
as it provides, it is not always possible to prevent the occurrence of vibrations during processing. The latter entail a deterioration in the quality of the surface of parts, a decrease in tool life and other undesirable phenomena.

Тем не менее существует способ токарной обработки, позволяющий снизить вероятность возникновения вибраций. Этот способ, принятый нами за прототип, описан в книге «М.М. Аршанский, В.П. Щербаков. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. – М.: Машиностроение, 1988» на стр. 66 (строки 14-16 снизу) и состоит в том, что снижение амплитуды относительных вибросмещений обеспечивается путем придания заготовке вращательного движения с частотой вращения

Figure 00000003
Гц, смещенной от частоты собственных колебаний
Figure 00000004
Гц технологической системы станка.However, there is a turning method that reduces the likelihood of vibrations. This method, adopted by us as a prototype, is described in the book “MM Arshansky, V.P. Shcherbakov. Vibration diagnostics and machining accuracy control on machine tools. - M .: Mashinostroenie, 1988 ”on page 66 (lines 14-16 below) and is that the reduction of the amplitude of relative vibrations is provided by giving the workpiece a rotary motion with a rotation frequency
Figure 00000003
Hz offset from natural frequency
Figure 00000004
Hz technological system of the machine.

Способ-прототип принципиально разумен. Ведь известно, что совпадение частоты собственных колебаний

Figure 00000004
всякого физического объекта с частотой вынужденных колебаний
Figure 00000005
, действующих на объект извне, приводит к резонансу, и амплитуда результирующих колебаний резко растет. Если же частоту
Figure 00000005
сместить от частоты
Figure 00000004
, то резонанса не будет и вероятность резкого возрастания амплитуды результирующих колебаний снизится. При токарной обработке – то же самое: если частоту вращения
Figure 00000003
заготовки рассматривать как частоту вынужденных колебаний
Figure 00000005
, то её смещение (увеличение или уменьшение) от частоты собственных колебаний технологической системы станка
Figure 00000004
уменьшит вероятность резонансных явлений, и относительные вибросмещения элементов системы «станок-заготовка» будут невелики. Из этого и исходит способ-прототип.Prototype method is fundamentally reasonable. It is known that the coincidence of the natural frequency
Figure 00000004
any physical object with a frequency of forced oscillations
Figure 00000005
acting on the object from the outside, leads to a resonance, and the amplitude of the resulting oscillations increases sharply. If the frequency
Figure 00000005
offset from frequency
Figure 00000004
, there will be no resonance and the probability of a sharp increase in the amplitude of the resulting oscillations will decrease. When turning - the same thing: if the rotational speed
Figure 00000003
billet considered as the frequency of forced vibrations
Figure 00000005
then its offset (increase or decrease) from the natural frequency of the technological system of the machine
Figure 00000004
will reduce the likelihood of resonance phenomena, and the relative vibrations of the elements of the machine-blank system will be small. From this proceeds prototype method.

Вместе с тем прототип имеет существенные недостатки. Во-первых, то, что частота

Figure 00000003
вращения заготовки в нем, по существу, отождествляется с частотой вынужденных колебаний, справедливо только лишь в тех случаях, когда поверхность заготовки абсолютно гладкая, чего никогда не бывает. И во-вторых, не всякое смещение (увеличение или уменьшение) частоты
Figure 00000003
от частоты
Figure 00000004
приводит к ощутимому снижению вибросмещений. Это вызвано тем, что резонанс бывает полный и неполный. Полный – это когда каждый импульс (наибольшая высота волны) вынужденных колебаний совпадает с каждым импульсом частоты собственных колебаний. Неполный – это когда последние совпадают, например, с каждым вторым, или третьим, или K-ым импульсом вынужденных колебаний. Предотвращая полный резонанс, прототип далеко не всегда предотвращает неполный.However, the prototype has significant drawbacks. First, what is the frequency
Figure 00000003
rotation of the workpiece in it, in essence, is identified with the frequency of forced oscillations; it is true only in those cases when the surface of the workpiece is absolutely smooth, which is never the case. And secondly, not every frequency shift (increase or decrease)
Figure 00000003
on frequency
Figure 00000004
leads to a noticeable reduction in vibration displacements. This is because the resonance is complete and incomplete. Full is when each pulse (the highest wave height) of the forced oscillations coincides with each pulse of the natural frequency. Incomplete is when the latter coincide, for example, with every second, or third, or Kth impulse of forced oscillations. By preventing full resonance, a prototype does not always prevent an incomplete one.

Задачей предлагаемого способа является повышение надежности предотвращения резонанса при токарной обработке, причем как полного резонанса, так и неполного, т.е. снижение вероятности всякого резонанса.The objective of the proposed method is to increase the reliability of preventing resonance during turning, and both full resonance and incomplete, i.e. reducing the likelihood of any resonance.

Технически решение этой задачи обеспечивается за счет того, что способ токарной обработки, включающий придание заготовке вращательного движения с частотой вращения

Figure 00000003
Гц, смещенной от частоты собственных колебаний
Figure 00000004
Гц технологической системы станка, отличается от прототипа тем, что предварительно измеряют волнистость поверхности заготовки в её поперечном сечении, а частоту
Figure 00000003
определяют из условияTechnically, the solution to this problem is ensured by the fact that the method of turning, which includes giving the workpiece a rotational motion with a rotational speed
Figure 00000003
Hz offset from natural frequency
Figure 00000004
Hz technological system of the machine, differs from the prototype in that it preliminarily measures the waviness of the surface of the workpiece in its cross section, and the frequency
Figure 00000003
determined from the condition

Figure 00000006
Figure 00000006

где D (мм) – номинальный диаметр обрабатываемой заготовки, S (мм) – шаг волн, обнаруженных при измерении волнистости заготовки,

Figure 00000005
и
Figure 00000004
– взаимно простые числа.where D (mm) is the nominal diameter of the workpiece, S (mm) is the step of the waves detected when measuring the waviness of the workpiece,
Figure 00000005
and
Figure 00000004
- mutually simple numbers.

На прилагаемой к описанию фигуре показаны примеры временных диаграмм, иллюстрирующие предлагаемый способ: 1 – диаграмма расположения во временном диапазоне 1 сек импульсов собственных колебаний технологической системы станка с частотой

Figure 00000004
= 28 Гц; 2 – диаграмма расположения в этом же временном диапазоне 1 сек импульсов вынужденных колебаний с частотой
Figure 00000005
= 21 Гц; 3 – диаграмма расположения во временном диапазоне 1 сек импульсов вынужденных колебаний с частотой
Figure 00000005
= 14 Гц; 4 – диаграмма расположения в этом же временном диапазоне импульсов вынужденных колебаний с частотой
Figure 00000005
= 19 Гц.The figure attached to the description shows examples of time diagrams illustrating the proposed method: 1 - location diagram in the time range of 1 second of natural oscillations of the technological system of the machine with a frequency
Figure 00000004
= 28 Hz; 2 - location diagram in the same time range of 1 s of forced vibration oscillations with frequency
Figure 00000005
= 21 Hz; 3 - location diagram in the time range of 1 s of forced vibration pulses with a frequency
Figure 00000005
= 14 Hz; 4 - location diagram in the same time range of forced vibration pulses with frequency
Figure 00000005
= 19 Hz.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале, перед обработкой заготовки с номинальным диаметром D мм, с помощью типовых приборов для измерения волнистости поверхности (волнографами ИС-32, ИС-33, приборами модели 170311 завода «Калибр», американским профилометром «Профикардер» и др.) измеряют количество и окружной шаг волн S мм в поперечном сечении заготовки. Затем классическими методами теоретической механики и теории колебаний (например, описанными в книге Я.Г. Пановко «Введение в теорию механических колебаний») рассчитывают частоту

Figure 00000004
собственных колебаний технологической системы станка, считая, что заготовка входит в эту систему. После этого задаются величиной
Figure 00000005
, такой, чтобы характеризующее её число
Figure 00000007
было взаимно простым с
Figure 00000004
, и потом из условияThe method is as follows. First, before processing the workpiece with a nominal diameter D mm, using standard instruments for measuring the surface waviness (using IS-32, IS-33 waveguides, instruments of the Model 170311 of the Caliber plant, the American Proficarder profilometer, etc.) measure the amount and circumference wave spacing S mm in the cross section of the workpiece. Then the classical methods of theoretical mechanics and the theory of oscillations (for example, described in the book by Y.G. Panovko “Introduction to the theory of mechanical oscillations”) calculate the frequency
Figure 00000004
natural oscillations of the technological system of the machine, considering that the workpiece is included in this system. After that, they are given the value
Figure 00000005
such that characterizes its number
Figure 00000007
it was mutually simple with
Figure 00000004
and then from the condition

Figure 00000008
Figure 00000008

определяютdefine

Figure 00000009
Figure 00000009

Далее производят обработку заготовки, придавая ей вращательное движение с найденной частотой

Figure 00000010
Гц или
Figure 00000011
об/мин.Next, produce the workpiece, giving it a rotational motion with the found frequency
Figure 00000010
Hz or
Figure 00000011
rpm

Допустим, требуется обточить заготовку-пруток диаметром

Figure 00000012
мм, изготовленный на ротационно-ковочной машине. Измерение волнистости его поверхности в поперечном сечении показывает, что
Figure 00000013
мм (6 волн). Расчет частоты собственных колебаний технологической систем станка, предположим, дает
Figure 00000014
Гц (диаграмма 1). Если принять частоту вынужденных колебаний
Figure 00000005
равной такой же величине (28 Гц), то при обработке все импульсы вынужденных и собственных колебаний будут совпадать и произойдет полный резонанс. Сместим частоту
Figure 00000005
от
Figure 00000004
, например, до
Figure 00000005
=21 Гц (диаграмма 2). Как видно из приведенной фигуры, в таком случае полный резонанс будет исключен, но останется возможность совпадения импульсов последовательности импульсов вынужденных колебаний с импульсами последовательности собственных колебаний, идущими через три интервала между импульсами с частотой
Figure 00000004
. Имеет место неполный резонанс, которому соответствует
Figure 00000015
, где 7 – наибольший общий делитель чисел
Figure 00000014
и
Figure 00000016
Сместим частоту
Figure 00000005
от
Figure 00000004
, например, до
Figure 00000017
(диаграмма 3). Тогда останется возможность совпадения импульсов последовательности импульсов вынужденных колебаний с импульсами последовательности импульсов собственных колебаний, идущими через два интервала между импульсами с частотой
Figure 00000004
. Опять имеет место неполный резонанс, но которому соответствует
Figure 00000018
, где 14 наибольший общий делитель чисел
Figure 00000014
и
Figure 00000019
. Если же частоту
Figure 00000005
сместить от
Figure 00000004
, например, до
Figure 00000020
(диадиаграмма 4), то совпадение импульсов последовательностей собственных и вынужденных колебаний не будет вообще. То есть, не будет ни полного, ни неполного резонанса. Числа
Figure 00000014
и
Figure 00000021
не имеют общих делителей, то есть являются взаимно простыми. Поэтому и нет совпадений. Далее из выраженияSuppose you want to grind the workpiece-rod diameter
Figure 00000012
mm, manufactured by rotary forging machine. Measurement of the waviness of its surface in cross section shows that
Figure 00000013
mm (6 waves). The calculation of the natural frequency of the technological systems of the machine, suppose, gives
Figure 00000014
Hz (diagram 1). If you take the frequency of forced vibrations
Figure 00000005
equal to the same value (28 Hz), then during processing all impulses of forced and natural oscillations will coincide and full resonance will occur. Shift frequency
Figure 00000005
from
Figure 00000004
for example up to
Figure 00000005
= 21 Hz (diagram 2). As can be seen from the figure, in this case, the full resonance will be excluded, but the possibility of coincidence of the pulses of a sequence of forced vibration oscillations with the pulses of a sequence of natural oscillations going through three intervals between pulses with a frequency
Figure 00000004
. There is an incomplete resonance, which corresponds to
Figure 00000015
where 7 is the greatest common divisor of numbers
Figure 00000014
and
Figure 00000016
Shift frequency
Figure 00000005
from
Figure 00000004
for example up to
Figure 00000017
(diagram 3). Then there will be the possibility of coincidence of the pulses of a sequence of forced vibration oscillations with the pulses of a sequence of natural oscillation pulses going through two intervals between pulses with a frequency
Figure 00000004
. Again there is an incomplete resonance, but which corresponds to
Figure 00000018
where 14 is the greatest common divisor of numbers
Figure 00000014
and
Figure 00000019
. If the frequency
Figure 00000005
shift from
Figure 00000004
for example up to
Figure 00000020
(Diagram 4), then there will be no coincidence of impulses of sequences of natural and forced oscillations at all. That is, there will be neither complete nor incomplete resonance. Numbers
Figure 00000014
and
Figure 00000021
do not have common divisors, that is, they are mutually simple. Therefore, there is no coincidence. Next from the expression

Figure 00000022
Figure 00000022

нетрудно найтиeasy to find

Figure 00000023
Figure 00000023

Эта величина соответствует 190 об/мин. Придав заготовке вращение с найденной скоростью, можно произвести обработку без всех видов резонанса, что позволяет предотвратить большие вибросмещения в системе «станок-заготовка».This value corresponds to 190 rpm. By giving the workpiece a rotation with the found speed, it is possible to perform processing without all types of resonance, which helps to prevent large vibrations in the machine-blank system.

Последнее обеспечивает повышение точности обработки и стойкости режущего инструмента, примененного при ней, а также улучшение качества поверхности изготовленных деталей, что является техническим результатом предложения.The latter provides improved machining accuracy and durability of the cutting tool used in it, as well as improved surface quality of the parts produced, which is the technical result of the proposal.

Claims (7)

Способ токарной обработки, включающий придание заготовке вращательного движения с частотой вращения
Figure 00000024
Гц, смещенной от частоты собственных колебаний
Figure 00000025
Гц технологической системы станка, отличающийся тем, что предварительно измеряют волнистость поверхности заготовки в её поперечном сечении, а частоту
Figure 00000024
вращения заготовки определяют из условия:Method of turning, which imparts rotational motion to the workpiece with rotation frequency
Figure 00000024
Hz offset from natural frequency
Figure 00000025
Hz technological system of the machine, characterized in that the pre-measured waviness of the surface of the workpiece in its cross section, and the frequency
Figure 00000024
rotation of the workpiece is determined from the condition:
Figure 00000026
Figure 00000026
 где D – номинальный диаметр обрабатываемой заготовки, мм; where D is the nominal diameter of the workpiece, mm; S – шаг волн, обнаруженных при измерении волнистости заготовки, мм;S is the step of the waves detected when measuring the waviness of the workpiece, mm; n – частота вращения заготовки, об/мин; n is the rotational speed of the workpiece, rpm;
Figure 00000027
- частота вынужденных колебаний;
Figure 00000027
- frequency of forced vibrations;
Figure 00000027
и
Figure 00000025
– взаимно простые числа.
Figure 00000027
and
Figure 00000025
- mutually simple numbers.
RU2018136886A 2018-10-19 2018-10-19 Turning method RU2690771C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018136886A RU2690771C1 (en) 2018-10-19 2018-10-19 Turning method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018136886A RU2690771C1 (en) 2018-10-19 2018-10-19 Turning method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690771C1 true RU2690771C1 (en) 2019-06-05

Family

ID=67037915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018136886A RU2690771C1 (en) 2018-10-19 2018-10-19 Turning method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690771C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117125A1 (en) * 1983-03-14 1984-10-07 Уфимский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Орджоникидзе Method of working by cutting
SU1440611A1 (en) * 1986-06-02 1988-11-30 Ереванский политехнический институт им.К.Маркса Method of machining
SU1465261A1 (en) * 1987-04-22 1989-03-15 Особое Конструкторское Бюро Станкостроения Method of controlling cutting speed in machining with self-sustained vibrations
WO2000025963A1 (en) * 1998-10-22 2000-05-11 Ingvar Claesson Method and device for controlling a turning operation
RU2267381C1 (en) * 2004-07-28 2006-01-10 Тульский государственный университет Auto-oscillation suppression method at part turning

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117125A1 (en) * 1983-03-14 1984-10-07 Уфимский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Орджоникидзе Method of working by cutting
SU1440611A1 (en) * 1986-06-02 1988-11-30 Ереванский политехнический институт им.К.Маркса Method of machining
SU1465261A1 (en) * 1987-04-22 1989-03-15 Особое Конструкторское Бюро Станкостроения Method of controlling cutting speed in machining with self-sustained vibrations
WO2000025963A1 (en) * 1998-10-22 2000-05-11 Ingvar Claesson Method and device for controlling a turning operation
RU2267381C1 (en) * 2004-07-28 2006-01-10 Тульский государственный университет Auto-oscillation suppression method at part turning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРШАНСКИЙ М.М. и др. "Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках". М.: "Машиностроение", 1988, с.16. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arnold Cutting tools research: report of subcommittee on carbide tools: the mechanism of tool vibration in the cutting of steel
CN101417398B (en) Method for suppressing vibration and device therefor
CN104484506A (en) Turning flutter forecasting method based on reliability lobe graph
RU2690771C1 (en) Turning method
CN111596347A (en) Method and device for rapidly calculating surface layer longitudinal and transverse wave velocity ratio
US6750798B2 (en) Apparatus for processing knock sensor signal
US3203072A (en) Milling cutters
WO2020208893A1 (en) Numerical control device and learning device
CN104217099A (en) Method for producing and processing scanning signal of vibroseis
KR101973338B1 (en) grinding device for broach cutter
Van Brussel et al. Comparative assessment of harmonic, random, swept sine and shock excitation methods for the identification of machine tool structures with rotating spindles
CN110376642B (en) Three-dimensional seismic velocity inversion method based on conical surface waves
CN111965729B (en) Real-time monitoring method, system and device for vibroseis combination center
CN108960032B (en) Tristable logic stochastic resonance method
Zhou et al. A frequency domain identification method of general mechanical drive system
Qin et al. Modeling and solving for transverse vibration of gear with variational thickness
CN111948703B (en) Seismic exploration method and device for mixed seismic source excitation
CN111781643B (en) Seismic interval velocity determination method and device
CN112051613B (en) Method and device for generating aliasing acquisition dithering time
CN108051608B (en) Method for displaying engine speed during idling of engine
SU422553A1 (en) TAP
RU2667658C1 (en) Multi-coordinate digital interpolator
Kaufnerová et al. Measuring stability of the cutting process when turning using TXF Metalmax software
TWI436040B (en) A vibrating data analyzing device and analyzing method utilized thereby
Bediaga et al. Application of continuous spindle speed variation for chatter avoidance in milling. Optimisation of speed variation parameters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201020