Том 24 № 4 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 98 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке Вилор Заковоротный a, Валерия Гвинджилия b, *, Элина Фесенко с Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, 344000, Россия a https://orcid.org/0000-0003-2187-9897, vzakovorotny@dstu.edu.ru, b https://orcid.org/0000-0003-1066-4604, sinedden@yandex.ru, с https://orcid.org/0000-0003-0833-2758, ellinochaa@gmail.com Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 98–112 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-98-112 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Постановка задачи. После опубликования работ Г. Хакена и И. Пригожина [1, 2] многие проблемы динамики технических систем стали рассматриваться с учетом их системно-синергетического анализа [3–7]. Системно-синергетический подход стал использоваться и при объяснении многих явлений при обработке резанием и ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.06 История статьи: Поступила: 08 сентября 2022 Рецензирование: 03 октября 2022 Принята к печати: 28 октября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Управляемая система резания Синергетика механической обработки Динамика процесса резания Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Одно из динамично развивающихся направлений повышения эффективности станков с ЧПУ связано с использованием синергетической концепции при определении программы ЧПУ. При этом используется принцип расширения-сжатия размерности пространства состояния. Предмет. В статье на примере обработки детали, параметры жесткости которой являются функцией траектории движения инструмента, излагаются все этапы синтеза управления, при котором обеспечивается взаимосогласованность динамических подсистем, в том числе с процессом резания. Цель работы. Определение асимптотически устойчивой траектории движения исполнительных элементов станка, задаваемой параметрами программы ЧПУ, из множества траекторий, для которых выполняется условие минимума интенсивности изнашивания. Метод и методология. Приводится математическое моделирование управляемой системы резания, в основе которого лежит принцип расширения-сжатия пространства состояния. При расширении размерности пространства состояния в модель динамической системы резания включаются все элементы от системы ЧПУ, программирующей движения исполнительных элементов, до упругих деформаций инструмента, который взаимодействует с заготовкой через связь, формируемую процессом резания. Динамическая связь объединяет подсистемы в единую связанную систему управления. В этом пространстве конструируется желаемая траектория формообразующих движений вершины инструмента относительно заготовки, которая должна быть аттрактором всего пространства состояния. Преобразование желаемой траектории в аттрактор характеризует процедуру сжатия размерности пространства состояния. При этом полагается возможность управления траекториями движения исполнительными элементами в пределах полос пропускания серводвигателей. Результаты и обсуждения. Выполнен анализ устойчивости процесса резания, приводится пример эффективности построения программы ЧПУ на основе синергетической парадигмы. Показано, что при согласовании внешнего управления с внутренней динамикой системы можно повысить производительность изготовления детали до двух раз по машинному времени. Для цитирования: Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 98–112. – DOI:10.17212/1994-6309-2022-24.4-98-112. ______ *Адрес для переписки Гвинджилия Валерия Енвериевна, аспирант Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1 344000, г. Ростов-на-Дону, Россия Тел.: +7 (918) 583-23-33, e-mail: sinedden@yandex.ru при трении [8–10]. Одновременно в последнее десятилетие научной общественностью уделяется большое внимание разработке виртуальной модели процессов обработки на металлорежущих станках [11–30]. Эти модели предназначены прежде всего для использования их на стадии технологической подготовки производства деталей сложного геометрического профиля. Под деталями сложного профиля понимаются такие, при изготовлении которых приходится одновременно изменять траектории продольного и поперечного суппортов, а также детали, которые изменяют свойства вдоль траекторий исполнительных элементов станка (ТИЭС).
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 99 EQUIPMENT. INSTRUMENTS В основу структуры синергетической концепции управления процессами обработки включаются следующие этапы [3–7]. Во-первых, формулируется цель управления как производство партии деталей заданного качества при минимизации приведенных затрат на ее изготовление. Во-вторых, определяется желаемая траектория T ) ( ) ( ) ( ) 1,0 2,0 3,0 , , L L L ( (3) 0 L Ô Ô Ô Ô и соответствующий вектор скоростей T ) ) ( ) ( ) ( ) 1,0 2,0 3,0 , , V V V ( ( (3) 0 V dL / dt Ô Ô Ô Ô Ô 0 формообразующих движений ( ) ( ) ) 1 2 , , L L ( L Ô Ô Ô ( ) T 3 L (3) Ô и ( ) ( ) ) ) 1 2 , , V V ( ( dL / dt V Ô Ô Ô Ô ( ) T 3 V (3) Ô , при которых выполняются требования к качеству деталей при минимизации интенсивности изнашивания инструмента (рис. 1, а). Пространство (3) определяется направлениями подвижности ТИЭС, которые задаются системой ЧПУ. Под траекторией формообразующих движений понимается сумма траекторий ТИЭС – вектор T 3 1 2 3 { , , } L L L ( ) L , траекторий б Рис. 1. Управляемая динамическая система резания (а) и эскиз «базовой» детали (б) Fig. 1. Controlled dynamic cutting system (a) and drawing of the “basic” part (б) а
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 100 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ деформационных смещений инструмента – вектор T 3 1 2 3 { , , } X X X ( ) X и заготовки – вектор T 3 1 2 3 { , , } Y Y Y ( ) Y . Следовательно, ) ( L L X Y Ô . Траектории L, а также T 3 1 2 3 { , , } V V V ( ) V dL / dt определяются программой ЧПУ. Деформационные смещения X и Y рассматриваются в подвижной системе координат, задаваемой ТИЭС. Если 0, X 0 Y , то ) ( L L Ô . Рассматриваются также скорости 1 2 3 T , , X X X v v v (X) v dX / dt и (Y) v 1 2 3 T , , Y Y Y v v v dY / dt . Обеспечивается такое согласование терминальной траектории Ô 0 L с траекториями пространства состояния, при котором L, X, Y являются асимптотически устойчивыми. Тогда ( ) Ô 0 L есть аттрактор. Отличием синергетической парадигмы синтеза программы ЧПУ от традиционной является ее определение на основе взаимосогласования всех подсистем и обеспечение ( ) ) ( 0 L L Ô Ô свойством притяжения всего пространства состояния. Кроме этого должны выполняться условия ) ( LÔ , диктуемые требованиями к качеству деталей. При этом учитывается динамика всей системы в целом. Поэтому при разработке синергетического подхода к управлению процессами обработки на станках мы опираемся на исследования в области динамики процесса резания [24–43]. Здесь дан далеко не полный перечень работ по динамике резания. Несмотря на множество работ по динамике резания, в них рассматриваются некоторые частные модели представления сил резания в координатах упругой системы. Анализируются: условия потери устойчивости, формирование различных притягивающих множеств деформационных смещений инструмента и заготовки. При решении же проблемы синергетического синтеза, в том числе для определения желаемой траектории ( ) ) Ô ( 0 L Ô и соответствующих ей траекторий ( ) Ô L , Xи Y, необходимо анализировать динамическую систему в целом. Здесь ) (Ô – множество допустимых вариаций ( ) Ô L . В статье рассматриваются все этапы синергетического управления токарной обработкой деталей, параметры жесткости которых изменяются вдоль траектории инструмента: методика построения ( ) Ô 0 L , ее асимптотическая устойчивость. Приводится анализ эффективности синергетического управления на конкретном примере изготовления «базовой» детали, эскиз которой изображен на рис. 1, б. Методика исследований Определение желаемой траектории формообразующих движений. При анализе системы целесообразно использовать принцип разделения движений на «медленные», лежащие в пределах полосы пропускания двигателей исполнительных элементов станка, и «быстрые», определяемые динамическими свойствами подсистем инструмента и заготовки. Его использование базируется на асимптотических свойствах нелинейных дифференциальных уравнений, имеющих малые параметры при производных [44, 45]. Причем подсистема «быстрых» движений рассматривается в вариациях относительно траекторий «медленных» движений. При условии асимптотической устойчивости подсистем траектория «медленных» движений становится аттрактором. Типичным для практики является случай, когда ТИЭС являются заданными и управляемыми в пределах полос пропускания серводвигателей. Тогда имеем следующее уравнение динамики [40]: 2 ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 (0) 1 ( , ( ) , Y Y Y d Y dY m h c Y dt dt F 2 2 d X dX m h cX F L, V, X, Y) dt dt L, V, X, Y (1) где [ ], s m m , s m m 1, 2, 3 s , в кгс 2/мм, , [ ] s l h h , в кгс/мм, , [ ] s l c c , в кг/мм; , 1, 2, 3 s l – матрицы инерционных, скоростных и упругих коэффициентов подсистемы инструмента. Они симметричны и положительно определенны, т. е. потенциальны. Подсистема заготовки имеет жесткость в направлении оси ее вращения на порядок большую, чем в остальных направлениях. В плоскости 1 3 Y Y она обладает полной
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 101 EQUIPMENT. INSTRUMENTS симметрией. Поэтому в этой плоскости любая ортогональная система координат является главной. Тогда силе 1 F соответствуют деформации только по направлению 1 Y [48]. Сила F [4] представлена в виде (0) 1 2 3 1 2 3 { , , } { , , } F F F F F , причем 2 2 3 1 2 3 ( ) ( ) ( ) 1 . Удобно рассмотреть следующее представление о режимах (подаче ( ) P S t , глубине ( ) P t t и скорости ( ) P V t резания): 2 2 3 2 2 1 1 1 ( ) [ ( ) ( ) ( )] ; ( ) ( ) ( ); ( ) / 2 ( ), t P X Y t T P X Y P S t V v v d V t D v t v t t t D L X Y (2) где 1 ( ) T время оборота заготовки в [с]; D – ее диаметр в [м]. Если 0 X , 0 Y , то мы имеем традиционные режимы: (0) Ð S , (0) Ð t и (0) 3 Ð V V D . Тогда модель связи силы (0) F с координатами системы имеет уравнение [46, 47] 3 (0) (0) (0) 3 / 1 exp X T dF dt F V v 2 (0) 1 1 2( ) ( ) , t X P t T t X Y V v d (3) где – давление стружки на переднюю грань инструмента в [кг/мм2]; – безразмерный параметр; – коэффициент наклона в [с/м–1]; (0) T – постоянная времени стружкообразования в [с]. Системы (1)–(3) позволяют при заданных L, V определить X, Y и ( ) Ô L . Если ( ) ) Ô ( L Ô , то L, Vопределяют программу ЧПУ. В противном случае необходимо подобрать L, V или доступные вариациям параметры так, чтобы выполнялось условие ( ) ) Ô ( L Ô или ( ) ( ) 0 Ô L LÔ , и обеспечить асимптотическую устойчивость полученной траектории. Для вычисления L, V, при которых обеспечивается ( ) ) Ô ( L Ô , воспользуемся принципом разделения движений. Вначале определим множество траекторий ( ) ) Ô ( L Ô в «медленном» времени, затем в этом множестве выберем те, для которых траектории «быстрых» движений являются асимптотически устойчивыми, и из них те, для которых интенсивность изнашивания минимальна. Для определения желаемой траектории «медленных» движений рассмотрим усредненные по периоду вращения заготовки значения L, V. Для этого рассмотрим (1) и (3) в медленном дискретном времени 1 ( ) T : ( ) iT iT iT Ñ Z( ) F( ), (4) где T 1 2 3 1 ( ), ( ), ( ), ( ) iT X iT X iT X iT Y iT Z( ) ; (0) (0) T 0 1 2 3 1 ( ){ , , , , } P P iT t S iT F( ) ; (0) (0) 1,1 0 1 2,1 3,1 0 1 (0) (0) 1,2 0 2 2,2 3,2 0 2 (0) (0) 1,3 0 3 2,3 3,3 0 3 (0) (0) ( ) 0 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 ( ) P P P P P P Y P P c S iT c c S iT c S iT c c S iT iT c S iT c c S iT S iT c S iT Ñ , 0 3 [1 exp( )] V . В (4) 0 1 i s i iT L (см. рис. 1). Из (4) вычисляем 1 1 0, 5 ( ) ( ) ( ) D iT X iT Y iT . При обработке требуется обеспечить условие ( ) ñînst D iT [51–55]. Определим ( ) D iT из (4) : (0) (0) ( ) 2 X Y P P D iT t S , (5) где (0) (0) 1,1 0 1 2,1 3,1 0 1 (0) (0) 1,2 0 2 2,2 3,2 0 2 (0) (0) 1,3 0 3 2,3 3,3 0 3 (0) (0) ( ) 0 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 ( ) P P P P P P Y P P c S iT c c S iT c S iT c c S iT iT c S iT c c S iT S iT c S iT ; (0) 1 2,1 3,1 0 1 (0) 2 2,2 3,2 0 2 (0) 3 2,3 3,3 0 3 (0) ( ) 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 ( ) P P X P Y P c c S iT c c S iT iT c c S iT c S iT ; (0) 1,1 0 1 2,1 3,1 1 (0) 1,2 0 2 2,2 3,2 2 (0) 1,3 0 3 2,3 3,3 3 (0) 0 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 P P Y P P c S iT c c c S iT c c iT c S iT c c S iT .
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 102 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Анализ (5) показывает, что в зависимости от ( ) D iT имеет место ветвление решений (0)( ) P S iT . Причем существуют области, в которых вещественных решений нет. Все зависит от соотношения жесткости подсистемы заготовки ( ) Y ñ , элементов матрицы ñ и допустимых значений ( ) D iT при заданных значениях припуска (0) P t . В том случае, если ñ и 0 ( ) ñonst D iT D , то (5) вырождается в выражение (0) 0 1 (0) 0 (0) ( ) 0 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( ) P P P Y P P V S iT D t c iT V S iT , (6) из которого определяем множество траекторий (0)( , ) P P S iT V , каждая из которых зависит от скорости резания ñonst P V . Очевидно, ( ) (0) 0 (0) 0 1 0 ( ) ( , ) ( ) [ ] Y P P P P D c iT S iT V V t D , (7) (0)( , ) P P S iT V – траектория оборотной подачи по перемещению суппорта, при которой 0 ñonst D . Анализ (5) и (6) позволяет сделать некоторые также известные из практики выводы о выборе параметров инструмента и режимов резания для уменьшения влияния упругих деформаций на диаметр детали. 1. При уменьшении глубины резания снижаются вариации диаметра, обусловленные изменениями жесткости. В связи с этим обработка детали, жесткость которой изменяется вдоль траектории инструмента, выполняется в несколько проходов с последовательным уменьшением величины припуска. 2. На величину ( ) D iT оказывает влияние угловой коэффициент 1 . Угловые коэффициенты зависят от геометрии инструмента, прежде всего от переднего угла и угла наклона режущей кромки [56]. 3. Для уменьшения неопределенности ( ) D iT при вариациях c целесообразно вести обработку с малыми подачами. Однако при малых подачах, соизмеримых с радиусом инструмента при его вершине, стабилизирующее влияние сформированного на заготовке направления движения нивелируется. Поэтому величина подачи снизу также ограничена [57]. Эти методы не устраняют необходимости в согласовании программы ЧПУ с законом изменения жесткости. Если вычислено множество траекторий (0)( , ) P P S iT V , то дополнительно необходимо из этого множества выбрать те, для которых выполняется условие минимума интенсивности изнашивания. Решение этой проблемы достаточно полно изложено в работе [58]. Траектории (7) вычислены в предположении, что подсистема «быстрых» движений является асимптотически устойчивой. При этом условии (7) есть аттрактор, обладающий свойством притяжения во всем пространстве состояния. В связи с этим дополнительно необходимо проанализировать подсистему «быстрых» движений на асимптотическую устойчивость. Пример согласования программы ЧПУ с изменением жесткости детали. Проблема согласования ТИЭС с изменяющимися свойствами системы имеет большой спектр применений: согласование ТИЭС с эволюционными изменениями свойств системы, обусловленными работой сил в зоне резания; согласование ТИЭС с априорно заданным законом изменения жесткости заготовки; согласование ТИЭС с развитием износа инструмента и пр. Для примера рассмотрим продольное точение штуцера форсунки топливного насоса дизельного двигателя (длина 144 0 L ìì (рис. 1, б), диаметр 18 D ìì, материал – горячекатаный пруток из стали 45 (ГОСТ 2590–2006) диаметром D = 25 мм. В качестве инструмента использовались инструментальные системы со сменными четырехгранными пластинами из Т15К6 с державками MR TNR 2020 K11. Геометрия инструмента: передний угол γ = 15°, угол в плане φ = 90° , задний угол 6 . Параметры упругой системы инструмента и динамической связи приведены в табл. 1 и 2. Обобщенная масса – 3 2 0, 5 10 / m êã ñ ìì. Для определения закона изменения радиальной жесткости вдоль оси заготовки можно воспользоваться законами изгибных колебаний стержней [59]. Такую информацию проще и точнее получать экспериментально (см. рис. 1, a). Закон ( ) 2 ( ) Y c L необходимо дополнить его согласованием с изменением приведенной массы
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1