izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2020-24-4-18-28izvestswsu-817Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceДиагностика токарной обработки металлов резанием посредством анализа вибрационных параметровRapid Diagnostic Test of Metal Turning Using Vibration Parameters Analysishttps://orcid.org/0000-0002-3099-4435АртамоновЕ. В.ArtamonovE. V.

Артамонов Евгений Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Станки и инструменты»

ул. Володарского 38, г. Тюмень 625000

Evgeny V. Artamonov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Head of the Machines and Tools Department

38 Volodarskogo str., Tyumen 625000

artamonovev@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7436-091XВасильевД. В.Vasil'yevD. V.

Васильев Дмитрий Вячеславович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Станки и инструменты»

ул. Володарского 38, г. Тюмень 625000

Dmitriy V. Vasil'yev, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Machines and Tools Department

38 Volodarskogo str., Tyumen 625000

vasilevdv@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8398-740XВоронинВ. В.VoroninV. V.

Воронин Владислав Вадимович, аспирант

ул. Володарского 38, г. Тюмень 625000

Vladislav V. Voronin, Post-Graduate Student

38 Volodarskogo str., Tyumen 625000

vladislavalbus@gmail.comТюменский индустриальный университетTyumen Industrial University2020020220212441828Copyright © Артамонов Е.В., Васильев Д.В., Воронин В.В., 20212021Артамонов Е.В., Васильев Д.В., Воронин В.В.Artamonov E.V., Vasil'yev D.V., Voronin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/817

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.

Purpose of research. The work is devoted to the proof that the vibration of the cutting tool holder carries information about the current cutting force and the type of coming off chips, and the spectral analysis of vibration acceleration will allow to extract this information in full. Methods. The work logically substantiates a scientific assumption about the possibility of prompt diagnostics of the turning process by analyzing the vibration acceleration spectrum of the cutting tool holder. To confirm the consistency of the assumption, a full-scale experiment was carried out. Results. A series of experiments was carried out to register changes in the spectral composition of the vibration of the cutting tool. It has been proven that vibration really carries information about the basic parameters of the cutting process. Conclusion. Spectral analysis of vibration can become the basis for operational diagnostics of metal turning by cutting and form the basis of the Adaptive System for Controlling Cutting Conditions in numerically controlled machines.

вибрацияспектральный анализоперативная диагностикатокарная обработкаvibrationspectral analysisoperational diagnosticsturningReferencesАртамонов 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.Artamonov E.V., Vasil'yev D.V., Uteshev M.Kh. Formirovanie uslovii maksimal'noi obrabatyvaemosti zharoprochnykh materialov putem vysokotemperaturnogo okhrupchivaniya pri rezanii [Formation of conditions for maximum machinability of heat-resistant materials by high-temperature embrittlement during cutting]. STIN, 2016, no. 9, pp. 21-24 (In Russ.).Бражкин Ю.А. Виброконтроль станочного оборудования и технологических процессов обработки металлов // Известия МГТУ. 2007. №2 (4).Brazhkin Yu.A. Vibrokontrol' stanochnogo oborudovaniya i tekhnologicheskikh protsessov obrabotki metallov [Vibration control of machine tools and technological processes of metal processing]. Izvestiya MGTU = Proceedings of the MSTU, 2007, no. 2 (4) (In Russ.).Васин Л. А., Васин С. А., Кошелева А. А. Эмерджентный подход к созданию виброустойчивых режущих инструментов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. №11-2.Vasin L.A., Vasin S.A., Kosheleva A.A. Emerdzhentnyi podkhod k sozdaniyu vibroustoichivykh rezhushchikh instrumentov [Emergent approach to creation of vibrationresistant cutting tools]. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki = Proceedings of the TSU. Technical Science, 2014, no.11-2 (In Russ.).Васин С. А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Серия «Библиотека инструментальщика». М.: Машиностроение, 2006. 384 с.Vasin S.А. Prognozirovanie vibroustoichivosti instrumenta pri tochenii i frezerovanii. Seriya "Biblioteka instrumental'shchika" [Prediction of tool vibration resistance at turning and milling. Set "Library of Tool Maker"]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2006. 384 p. (In Russ.).Взаимосвязь явлений при резании металлов и температурный фактор / Е. В. Артамонов [и др.]. Тюмень : ТюмГНГУ, 2014. 152 с.Artamonov E. V. [and others]. Vzaimosvyaz' yavlenii pri rezanii metallov i temperaturnyi faktor [The relationship of phenomena when cutting metals and the temperature factor]. Tyumen, 2014. 152 p. (In Russ.).Вибродиагностика : моногр. / Г. Ш. Розенберг, Е. З. Мадорский [и др.]; под ред. Г.Ш. Розенберга. СПб.: ПЭИПК, 2003. 284 с.Rosenberg G. Sh., Madorsky E. Z. [and others]. Vibrodiagnostika [Vibration diagnostics]. St. Petersburg, PEIPK Publ., 2003. 284 p. (In Russ.).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.Gavrilin A. N., Rozhkov P. S., Angatkina O. O., Moyzes B. B. Dinamicheskii vibrogasitel' s sistemoi avtomaticheskoi nastroiki na chastotu kolebanii [Dynamic vibration damper with a system of automatic tuning to the vibration frequency]. Izvestiya TPU = Proceedings of the TSU, 2011, no.2 (In Russ.).Голосной С. В., Чукарин А. Н. Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации копировально-фрезерных станков // Вестник ДГТУ. 2016. №4 (87).Golosnoy, S.V., Chukarin, A.N. Eksperimental'nye issledovaniya spektrov shuma i vibratsii kopiroval'no-frezernykh stankov [Experimental studies on noise and vibration spectra of copy milling machines]. Vestnik DGTU = Vestnik DonSTU, 2016, no.4 (87) (In Russ.).Григорьев С. Н., Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Диагностика автоматизированного производства. М.: Машиностроение, 2011. 600 с.Grigoriev S. N., Kozochkin M. P., Sabirov F. S. Diagnostika avtomatizirovannogo proizvodstva [Diagnostics of automated production]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2011. 600 p. (In Russ.).Завгородский В.И., Маслов А.Р. Управление виброустойчивостью технологической системы // Комплект: ИТО. 2009. № 10. С. 22–25.Zavgorodsky V.I., Maslov A.R. Upravlenie vibroustoichivost'yu tekhnologicheskoi sistemy [Vibration resistance control of the technological system]. Komplekt: ITO = Complete Set: ITO, 2009, no. 10, pp. 22-25 (In Russ.).Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибраций в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.Ivovich V. A., Onishchenko V. Ya. Zashchita ot vibratsii v mashinostroenii [Vibration protection in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1990. 272 p. (In Russ.).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).Ishmetiev E.N., Chistyakov D.V., Panov A.N., Bodrov E.E., Vrabel M. Sistemy vibrozashchity, vibrokontrolya i vibrodiagnostiki promyshlennogo oborudovaniya [Vibration protection, control and analysis systems for industrial application]. Elektricheskie sistemy i kompleksy = Electrical Systems and Complexes, 2019, no.1 (42) (In Russ.).Козочкин М. П., Сабиров Ф. С., Маслов А. Р. Станки с ЧПУ с системами диагностики // Комплект: ИТО. 2010. № 6. С. 34–35.Kozochkin M. P., Sabirov F. S., Maslov A. R. Stanki s ChPU s sistemami diagnostiki [CNC machines with diagnostic systems]. Komplekt: ITO = Complete Set: ITO, 2010, no. 6, pp. 34–35 (In Russ.).Козочкин М. П. Особенности вибраций при резании материалов // СТИН. 2009. № 1. С. 29–35.Kozochkin M.P. Osobennosti vibratsii pri rezanii materialov [Features vibrations when cutting materials]. STIN, 2009, no. 1, pp. 29-35 (In Russ.).Козочкин М.П., Сабиров Ф.С. Оперативная диагностика при металлообработке – проблемы и задачи // Вестник МГТУ «Станкин». 2008. №3.Kozochkin M.P., Sabirov, F.S. Operativnaya diagnostika pri metalloobrabotke – problemy i zadachi [operational diagnostics in metalworking - problems and tasks]. Vestnik MGTU «Stankin» = Vestnik MSTU “Stankin”, 2008, no. 3 (In Russ).Литвинчук А.Ю. Анализ спектра вибрации режущего инструмента // Решетневские чтения. 2011. №15.Litvinchuk A. Yu. Analiz spektra vibratsii rezhushchego instrumenta [Analysis of vibration spectrum of cutting tool]. Reshetnevskie chteniya = Reshetnev Readings, 2011, no. 15 (In Russ.).Матюшкова О. Ю., Тэттэр В. Ю. Современные методы виброакустического диагностирования // Омский научный вестник. 2013. №3 (123).Matyushkova O.Yu., Tetter V.Yu. Sovremennye metody vibroakusticheskogo diagnostirovaniya [Modern methods of vibroacoustic diagnostics]. Omskii nauchnyi vestnik = Omsk Scientific Bulletin, 2013, no. 3 (123) (In Russ.).Метод формирования условий максимальной обрабатываемости жаропрочных материалов путем высокотемпературного охрупчивания при резании / Е. В. Артамонов [и др.]. Тюмень : ТИУ, 2016. 181 с.Artamonov E.A. [and others]. Metod formirovaniya uslovii maksimal'noi obrabatyvaemosti zharoprochnykh materialov putem vysokotemperaturnogo okhrupchivaniya pri rezanii [Method of conditions forming for maximum workability of heat-resistant materials by high-temperature embrittlement during cutting]. Tyumen, 2016. 181 p. (In Russ.).Несмеянов Е. А. Демпфирование колебаний несущей системы многошпиндельных фрезерных станков // Вестник ВГТУ. 2010. №3.Nesmeyanov E.A. Dempfirovanie kolebanii nesushchei sistemy mnogoshpindel'nykh frezernykh stankov [Damping fluctuations of bearing system many spindle of milling machine tools]. Vestnik VGTU = Vestnik VSTU, 2010, no.3 (In Russ.).Хоменко А. П., Елисеев С. В., Засядко А. А. Формирование концепции вибродиагностических методов неразрушающего контроля. Современные представления // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2008. №1.Khomenko A. P., Eliseev S. V., Zasyadko A. A. Formirovanie kontseptsii vibrodiagnosticheskikh metodov nerazrushayushchego kontrolya. Sovremennye predstavleniya [Formation of the concept of vibrodiagnostic methods of non-destructive testing]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie = Modern Concepts. Modern technologies, System analysis, Modeling, 2008, no. 1 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.