ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Ввиду значительного количества факторов, влияющих на изменение свойств динамической системы для обеспечения высокого качества получаемого продукта, выбираются чрезмерно консервативные условия обработки. Это ограничивает эффективность процесса и приводит к повышению себестоимости продукции. Соответственно необходимы современные подходы, которые позволят диагностировать текущее состояние обработки и вовремя принимать решение о замене инструмента, коррекции или изменении управляющей программы. Значение проводимого исследования состоит в предложении подхода к контролю механообработки, основанного на методе мониторинга процесса фрезерования в реальном времени, для определения возникающих погрешностей обработки, прогнозирования потенциальных проблем и увеличения продолжительности безотказной работы. Предмет. В статье рассматриваются особенности работы системы мониторинга в реальном времени с учетом фильтрации звуковой волны, минимизации шероховатости поверхности при механообработке одно- и двухлезвийным инструментом. Цель работы – определить влияние ориентации наклона сфероцилиндрического инструмента на величину шероховатости поверхности с использованием мониторинга в реальном времени в процессе фрезерования на технологическом оборудовании с ЧПУ. Методика исследований. В исследовании приводятся методы корреляционного и регрессионного анализа. Расчетные данные получены за счет виброакустической диагностики и измерены в диапазоне значений переменного угла наклона поверхности для одно- и двухлезвийного инструмента на основе положений теории колебаний и виброакустической диагностики, теории резания, цифровой обработки и цифровой фильтрации сигналов. Результаты и обсуждения. Экспериментальные данные, полученные при механообработке, позволили определить, что увеличение угла наклона однозубой фрезы практически не влияет на изменение амплитудных параметров шероховатости. Значения виброакустической диагностики и шероховатости при использовании двухзубового сфероцилиндрического инструмента показывают согласованную картину с эффектами, создаваемыми углами наклона и опережения. Полученные решения задач мониторинга и анализа параметров шероховатости позволяют существенно сократить объем экспериментальных исследований и уточнить представление о практической реализации способа акустического мониторинга процесса резания.

1. Influence of vibration amplitude on tool wear during ball end milling of hardened steel / A.V. Anstev, D.T. Ngon, D.H. Trong, E.S. Yanov // 2018 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development. – IEEE, 2018. – P. 232–236. – DOI: 10.1109/GTSD.2018.8595567.

2. Application of measurement systems in tool condition monitoring of Milling: A review of measurement science approach / D.Yu. Pimenov, M.K. Gupta, L.R.R. da Silva, M. Kiran, N. Khanna, G.M. Krolczyk // Measurement. – 2022. – Vol. 199. – P. 111503. – DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111503.

3. Monitoring system for high-tech equipment / V.B. Kuznetsova, D.V. Kondusov, A.I. Serdyuk, A.I. Sergeev // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37, N 10. – P. 892–896. – DOI: 10.3103/S1068798X17100136.

4. Tool condition monitoring for high-performance machining systems – A review / A. Mohamed, M. Hassan, R. M’Saoubi, H. Attia // Sensors. – 2022. – Vol. 22. – P. 2206. – DOI: 10.3390/s22062206.

5. Mali R.A., Gupta T.V.K., Ramkumar J. A comprehensive review of free-form surface milling – Advances over a decade // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 62. – P. 132–167. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.12.014.

6. Гимадеев М.Р., Ли А.А. Анализ систем автоматизированного обеспечения параметров шероховатости поверхности на основе динамического мониторинга // Advanced Engineering Research. – 2022. – Т. 22, № 2. – С. 116–129. – DOI: 10.23947/2687-1653-2022-22-2-116-129.

7. Effect of the relative position of the face milling tool towards the workpiece on machined surface roughness and milling dynamics / D.Y. Pimenov, A. Hassui, S. Wojciechowski, M. Mia, A. Magri, D.I. Suyama, A. DBustillo, G. Krolczyk, M.K. Gupta // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 9 (5). – P. 842. – DOI: 10.3390/app9050842.

8. Effect of cutter path orientations on cutting forces, tool wear, and surface integrity when ball end milling TC17 / L. Tan, C. Yao, J. Ren, D. Zhang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 88. – P. 2589–2602. – DOI: 10.1007/s00170-016-8948-y.

9. Мониторинг состояния технологического оборудования на промышленных предприятиях / М.П. Козочкин, Ф.С. Сабиров, А.Н. Боган, К.В. Мыслицев // Вестник УГАТУ. – 2013. – Т. 17, № 8 (61). – С. 56–62.

10. Investigation of the feasibility of using microphone arrays in monitoring machining / D. Shaffer, I. Ragai, A. Danesh-Yazdi, D. Loker // Manufacturing Letters. – 2018. – Vol. 15 (B). – P. 132–134. – DOI: 10.1016/j.mfglet.2017.12.008.

11. Козлов А.А., Аль-Джонид Х. Диагностика и прогнозирование износа режущего инструмента в реальном времени // Современные материалы, техника и технологии. – 2017. – № 4 (12). – С. 17–21.

12. Spatial statistical analysis and compensation of machining errors for complex surfaces / Y.P. Chen, J. Gao, H. Deng, D. Zheng // Precision Engineering. – 2013. – Vol. 37, N 1. – P. 203–212. – DOI: 10.1016/j.precisioneng.2012.08.003.

13. Modeling of time-varying surface roughness considering wear overlap per tooth in ball end finish milling / D.J. Cheng, H.J. Quan, S.J. Kim, S.W. Zhang, C.Y. Zhang // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2021. – Vol. 46. – P. 12309–12330. – DOI: 10.1007/s13369-021-05920-0.

14. Convolutional neural network-based tool condition monitoring in vertical milling operations using acoustic signals / C. Cooper, P. Wang, J. Zhang, R.X. Gao, T. Roney, I. Ragai, D. Shaffer // Procedia Manufacturing. – 2020. – Vol. 49. – P. 105–111. – DOI: 10.1016/j.promfg.2020.07.004.

15. The surface roughness analysis using sound signal in turning of mild steel / A.U. Patwari, A.A. Zamee, M.H. Bhuiyan, S.M. Sakib // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 703. – P. 012011. – DOI: 10.1088/1757-899X/703/1/012011.

16. Sahinoglu A., Rafighi M. Investigation of vibration, sound intensity, machine current and surface roughness values of AISI 4140 during machining on the lathe // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2020. – Vol. 45. – P. 765–778. – DOI: 10.1007/s13369-019-04124-x.

17. Лукьянов А.В., Алейников Д.П. Исследование колебаний сил взаимодействия фрезы с заготовкой при повышении скорости вращения шпинделя // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2017. – Т. 56, № 4. – С. 70–82. – DOI: 10.26731/1813-9108.2017.4(56).70-82.

18. Алейников Д.П., Лукьянов А.В. Исследование динамики крепления датчиков вибрации шпинделей обрабатывающих центров // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2015. – № 2 (97). – С. 28–35.

19. Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е. Синергетический подход к повышению эффективности управления процессами обработки на металлорежущих станках // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 3. – С. 84–99. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-84-99.

20. Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Gusliakov V.V. Cutting forces and roughness during ball end milling of inclined surfaces // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2021. – Cham: Springer, 2021. – Vol. 2. – P. 926–937. – DOI: 10.1007/978-3-030-54817-9_107.

21. Кущева М.Е., Клауч Д.Н., Кобелев О.А. Принципы выбора смазочно-охлаждающих технологических сред для обработки металлов резанием // Известия МГТУ «МАМИ». – 2014. – Т. 2, № 1 (19). – С. 73–76.

22. Левин Е.К., Аль-Дайбани А.М. Анализ возможностей подавления влияния частотной характеристики канала связи на параметры речевого сигнала // Проектирование и технология электронных средств. – 2018. – № 3. – С. 14–18.

23. Пономарев Б.Б., Нгуен Ш.Х. Влияние ориентации инструмента на силы резания при концевом фрезеровании // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2019. – № 3 (708). – С. 11–20. – DOI: 10.18698/0536-1044-2019-3-11-20.

24. Формирование параметров шероховатости на основе корреляционных связей при чистовом фрезеровании пространственно-сложных поверхностей / М.Р. Гимадеев, В.М. Давыдов, А.В. Никитенко, А.В. Сарыгин // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2019. – Т. 15, № 6 (174). – С. 243–248.

25. Гимадеев М.Р., Давыдов В.М. Корреляционные связи показателей шероховатости при фрезеровании сферическим инструментом // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2019. – № 5. – С. 219–224.