satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2017-16-5-376-382sat-1055Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АСИММЕТРИЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ ВЯЗКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙOPTIMAL PARAMETERS OF ASYMMETRICAL OSCILLATIONS OF THE TOOL FOR CIRCULARING WITH VISCOUS STRUCTURAL STEELДанильчикС. С.DanilchykS. S.

Кандидат технических наук

PhD in Engineering

metech@bntu.byШелегВ. К.ShelehV. K.

Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор 

Адрес для переписки: Шелег Валерий Константинович – Белорусский национальный технический университет, ул. Б. Хмельницкого, 9, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-74-54    metech@bntu.by 

Corresponding Member of NAS of Belarus, Professor, PhD in Engineering 

Address for correspondence: Sheleh Vаlery K. – Belarusian National Technical University, 9 B. Hmelnitzkogo str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-74-54    metech@bntu.by

metech@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201705102017165376382Copyright © Данильчик С.С., Шелег В.К., 20172017Данильчик С.С., Шелег В.К.Danilchyk S.S., Sheleh V.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1055

На основе анализа различных методов дробления стружки в процессе токарной обработки конструкционных сталей предложен метод точения с асимметричными колебаниями режущего инструмента, позволяющий обеспечить устойчивое дробление сливной стружки и снизить шероховатость обработанных поверхностей. Асимметричные колебания характеризуются коэффициентом асимметрии цикла колебаний, их частотой и амплитудой и дополнительно сообщаются инструменту в процессе точения. Рассмотрена кинематика точения конструкционных сталей с наложением на традиционную схему резания направленных асимметричных колебаний режущего инструмента, создаваемых кулачковой системой. На основе использования рядов Фурье получено уравнение движения инструмента с асимметричными колебаниями. Определено влияние амплитуды и частоты колебательного движения инструмента на процесс дробления сливной стружки. С целью уменьшения негативного влияния амплитуды колебаний на процесс резания и качество обработанных поверхностей обработку следует проводить с минимальной ее величиной. В этом случае необходимо обеспечить оптимальное отношение частоты колебаний инструмента к частоте вращения заготовки. Выведена формула для определения этого отношения в зависимости от коэффициента асимметрии цикла колебаний и числа полных циклов колебаний за один оборот заготовки. Установлено, что теоретическая величина минимальной амплитуды колебаний инструмента равна половине величины подачи инструмента за один оборот заготовки. При несоблюдении оптимального отношения частоты колебаний инструмента к частоте вращения заготовки для дробления стружки требуется увеличивать амплитуду колебаний, что может привести к увеличению шероховатости обработанных поверхностей.

A turning method with asymmetric oscillations of cutting tool has been proposed on the basis of the analysis of various methods for chip crushing in the process of structural steel lathe turning and the method makes it possible to ensure a stable crushing of discharge chips and to reduce roughness of the machined surfaces. Asymmetric vibrations are characte- rized by an asymmetry coefficient of the oscillation cycle, their frequency and amplitude and they are additionally transferred to the tool during the turning process. Kinematics of structural steel turning with imposition of directed asymmetric cutting tool oscillations created by a cam system on traditional cutting scheme has been considered in the paper. An equation of tool motion with asymmetric oscillations has been obtained on the basis of Fourier Series. An influence of the oscillatory tool motion amplitude and frequency on the process of discharge chip crushing has been determined in the paper. In order to re-duce a negative influence of the oscillation amplitude on the cutting process and quality of machined surfaces machining must be carried out with its minimum value. In this case it is necessary to ensure an optimum ratio of the tool oscillation frequency to the rotational speed of a workpiece. A formula has been derived for determination of this ratio according to a coefficient of oscillation cycle asymmetry and number of complete oscillation cycles per one revolution of the workpiece. It has been established that a theoretical value of the minimum tool oscillation amplitude is equal to half of the tool feed value per one revolution of the workpiece. If the optimum ratio of the tool oscillation frequency to workpiece rotation frequency has not been observed for chip crushing it is necessary to increase oscillation amplitude that may lead to an increase of roughness on machined surfaces. 

вибрационное резаниестружкодроблениешероховатостьасимметричные колебаниякоэффициент асимметрииvibrating cuttingchip breakingroughnessasymmetric oscillationscoefficient of asymmetryReferencesАхметшин, Н. И. Вибрационное резание металлов / Н. И.Ахметшин, Э. М. Гоц, Н. Ф. Родиков; под ред. К. М. Рагульскиса. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. 80 сAkhmetshin N. I., Gots E. M., Rodikov N. F. Ragulskis K. M. (1987). Vibratory ?utting of Metals. Leningrad, Mashinostroenie Publ., Leningrad Branch. 80 (in Russian).Захаров, Ю. Е. Полезные вибрации в машиностроении / Ю. Е. Захаров, В. Т. Гарбузюк. Тула: Приокское кн. изд-во, 1970. 112 с.Zakharov Yu. E, Garbuziuk V. T. (1970). Useful Vibration in Mechanical Engineering. Tula, Priokskoe Publishing House. 112 (in Russian).Подураев, В. Н. Обработка резанием с вибрациями / В. Н. Подураев. М.: Машиностроение, 1970. 350 с.Poduraev V. N. (1970). Cutting with Vibrations. Moscow, Mashinostroenie Publ. 350 (in Russian).Коновалов, Е. Г. Осциллирующее точение / Е. Г. Коновалов, А. В. Борисенко. Минск: Изд-во АН БССР, 1960. 32 с.Konovalov E. G., Borisenko A. V. (1960) Oscillating Turning. Minsk, Publishing House of the Academy of Sciences of Byelorussian SSR. 32 (in Russian).Мансырев, И. Г. Методы дробления сливной стружки в процессе резания / И. Г. Мансырев, А. А. Смирнов, И. И. Козарь. Л.: ЛДНТП, 1983. 20 с.Mansyrev I. G., Smirnov A. A., Kozar I. I. (1983). Methods of Crushing Flow Chips During Cutting Process. Leningrad, Leningrad House of Science and Technology Promotion. 20 (in Russian).Богословский, Н. В. Кинематическое дробление стружки при точении труднообрабатываемых сталей / Н. В. Богословский, Т. И. Иващенко // Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении: материалы краткосроч. науч.-техн. семинара, 13–14 мая / общество «Знание»; под ред. Ю. М. Зубарева. Л., 1991. С. 47–48.Bogoslovsky N. V., Ivashchenko T. I. (1991). Kinematic Chip Breaking While Turning Hard-To-Machine Steel. Zubarev Yu. M. (Ed.).. Puti povysheniya effektivnosti obrabotki materialov rezaniem v mashinostroenii: materialy kratkosroch. nauch.-tekhn. Seminara [Ways to Improve Efficiency of Material Machining While Using Cutting in Mechanical Enginering. Proceedings of Short-Term Scientific and Technical Workshop, May 13–14]. Leningrad, 47–48 (in Russian).Данильчик, С. С. Кинематика точения с наложением асимметричных колебаний инструмента / С. С. Данильчик, В. К. Шелег // Наука и техника. 2013. № 4. С. 16–21.Danilchik S. S., Sheleg V. K. (2013). Turning Kinematics with Imposition of Asymmetric Tool Vibrations. Nauka i Tekhnika = Science and Technique, (4), 16–21 (in Russian).Способ обработки резанием с кинематическим дроблением стружки заготовки из вязкого металла или сплава: пат. 19193 Респ. Беларусь, МПК В 23В 25/02 / В. И. Молочко, С. С. Данильчик; дата публ. 30.06.2015.Molochko V. I., Danilchik S. S. (2015). Method of Machining by Cutting with Kinematic Crushing of Chip of Billet from Viscous Metal or Alloy. Patent Republic of Belarus No.19193 (in Russian).Молочко, В. И. Математическая модель вибрационного точения с асимметричным циклом колебаний / В. И. Молочко, С. С. Данильчик // Наука ‒ образованию, производству, экономике: материалы пятой междунар. науч.-техн. конф.: в 2 т. / Белор. нац. техн. ун-т; редкол.: Б. М. Хрусталев [и др.]. Минск, 2007. Т. 2. С. 250‒252.Molochko V. I., Danilchik S. S. (2007). Mathematical Model of Vibratory Turning with Asymmetric Cycle of Oscillations. Nauka ? obrazovaniyu, proizvodstvu, ekonomike: materialy pyatoi mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. T. 2 [Science for Education, Industry, Economics: Proceedings of 5th International Scientific and Technical Conference. Vol. 2]. Minsk, Belarusian National Technical University, 250–252 (in Russian).Данильчик, С. С. Расчет конструктивных параметро в кулачка для асимметричного вибрационного точения / С. С. Данильчик // Наука ‒ образованию, производству, экономике: материалы четвертой междунар. науч.-техн. конф. : в 2 т. / Белор. нац. техн. ун-т; редкол.: Б. М. Хрусталев [и др.]. Минск, 2006. Т. 2. С. 177‒179.Danilchik S. S. (2006). Calculation of Design Parameters of Cam for Asymmetric Vibratory Turning. Nauka ? obrazovaniyu, proizvodstvu, ekonomike: materialy chetvertoi mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. T. 2 [Science for Education, Industry, Economics: Proceedings of 4th International Scientific and Technical Conference. Vol. 2]. Minsk, Belarusian National Technical University, 177–179 (in Russian).

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