satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-820Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGУСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОГО СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ТОЧЕНИИ С АСИММЕТРИЧНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ ИНСТРУМЕНТАCONDITIONS FOR STABLE CHIP BREAKING AND PROVISION OF MACHINED SURFACE QUALITY WHILE TURNING WITH ASYMMETRIC TOOL VIBRATIONSШелегВ. К.ShelehV. K.

Член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

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

sdanilchik@mail.ruМолочкоВ. И.MolochkoV. I.

Кандидат технических наук, доцент

Associate Professor, PhD in Engineering

sdanilchik@mail.ruДанильчикС. С.DanilchykS. S.

Инженер

 

Engineer

sdanilchik@mail.ruБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201527052015031924Copyright © Шелег В.К., Молочко В.И., Данильчик С.С., 20152015Шелег В.К., Молочко В.И., Данильчик С.С.Sheleh V.K., Molochko V.I., Danilchyk S.S.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/820

Рассмотрен процесс точения конструкционных сталей с асимметричными колебаниями инструмента, направленными вдоль подачи. Асимметричные колебания, характеризующиеся коэффициентом асимметрии цикла колебаний, их частотой и амплитудой, дополнительно сообщаются инструменту в процессе токарной обработки с целью дробления стружки. Определены условия устойчивого стружкодробления и получения оптимальных размеров элементов 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 обеспечивается определенное отношение частоты колебаний инструмента к частоте вращения заготовки. Получена формула для расчета этого отношения, учитывающая предполагаемую длину элементов стружки и коэффициент асимметрии цикла колебаний.

Установлено влияние коэффициента асимметрии цикла колебаний инструмента на шероховатость обработанных поверхностей и износ режущего инструмента. По результатам обработки деталей из сталей 45 и ШХ15 получены математические зависимости шероховатости обработанных поверхностей от режимов резания и коэффициента асимметрии цикла колебаний инструмента. Из всех режимов резания наиболее значимое влияние на величину шероховатости оказывает подача инструмента, с увеличением которой растет и шероховатость. Снижению шероховатости поверхности способствует уменьшение коэффициента асимметрии цикла колебаний. Однако при этом износ режущего инструмента происходит более интенсивно. Для уменьшения износа коэффициент асимметрии цикла колебаний режущего инструмента следует увеличивать, поэтому выбор этого коэффициента основывается на параметрах шероховатости поверхности, которые необходимо получить после обработки, и интенсивности износа инструмента.

The paper considers a process of turning structural steel with asymmetric tool vibrations directed along feeding. Asymmetric vibrations characterized by asymmetry coefficient of vibration cycle, their frequency and amplitude are additionally transferred to the tool in the turning process with the purpose to crush chips. Conditions of stable chip breaking and obtaining optimum dimensions of chip elements have been determined in the paper. In order to reduce a negative impact of the vibration amplitude on a cutting process and quality of the machined surfaces machining must be carried out with its minimum value. In this case certain ratio of the tool vibration frequency to the work-piece rotation speed has been ensured in the paper. A formula has been obtained for calculation of this ratio with due account of the expected length of chip elements and coefficient of vibration cycle asymmetry.

Influence of the asymmetric coefficient of the tool vibration cycle on roughness of the machined surfaces and cutting tool wear has been determined in the paper. According to the results pertaining to machining of work-pieces made of 45 and ШХ15 steel the paper presents mathematical relationships of machined surface roughness with cutting modes and asymmetry coefficient of tool vibration cycle. Tool feeding being one of the cutting modes exerts the most significant impact on the roughness value and increase of the tool feeding entails increase in roughness. Reduction in coefficient of vibration cycle asymmetry contributes to surface roughness reduction. However, the cutting tool wear occurs more intensive. Coefficient of the vibration cycle asymmetry must be increased in order to reduce wear rate. Therefore, the choice of the coefficient of the vibration cycle asymmetry is based on the parameters of surface roughness which must be obtained after machining and intensity of tool wear rate.

The paper considers a process of turning structural steel with asymmetric tool vibrations directed along feeding. Asymmetric vibrations characterized by asymmetry coefficient of vibration cycle, their frequency and amplitude are additionally transferred to the tool in the turning process with the purpose to crush chips. Conditions of stable chip breaking and obtaining optimum dimensions of chip elements have been determined in the paper. In order to reduce a negative impact of the vibration amplitude on a cutting process and quality of the machined surfaces machining must be carried out with its minimum value. In this case certain ratio of the tool vibration frequency to the work-piece rotation speed has been ensured in the paper. A formula has been obtained for calculation of this ratio with due account of the expected length of chip elements and coefficient of vibration cycle asymmetry.

Influence of the asymmetric coefficient of the tool vibration cycle on roughness of the machined surfaces and cutting tool wear has been determined in the paper. According to the results pertaining to machining of work-pieces made of 45 and ШХ15 steel the paper presents mathematical relationships of machined surface roughness with cutting modes and asymmetry coefficient of tool vibration cycle. Tool feeding being one of the cutting modes exerts the most significant impact on the roughness value and increase of the tool feeding entails increase in roughness. Reduction in coefficient of vibration cycle asymmetry contributes to surface roughness reduction. However, the cutting tool wear occurs more intensive. Coefficient of the vibration cycle asymmetry must be increased in order to reduce wear rate. Therefore, the choice of the coefficient of the vibration cycle asymmetry is based on the parameters of surface roughness which must be obtained after machining and intensity of tool wear rate.

стружкодроблениеасимметричные колебаниякоэффициент асимметрииточностьшероховатостьсhip breakingasymmetric vibrationscoefficient of asymmetryprecisionroughnessReferencesАхметшин, 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 с.Akhmetshin, N. I., Gots, E. M., Rodikov, N. F., Ragulskis, K. M. (1987) Vibratory Cutting of Metals. Leningrad, Mashinostroenie, Leningrad Branch. 80 p. (in Russian).Ильин, В. С. Способы завивания и дробления стружки при работе на токарных станках с программным управлением: технологические рекомендации / В. С. Ильин, А. С. Кондратов, Б. Н. Бубнов ; Науч.-исслед. ин-т технологии и орг. пр-ва. – М.: НИАТ, 1975. – 24 с.Ilyin, V. S., Kondratov, A. S., Bubnov, B. N. (1975) Methods for Curling and Breaking Chips While Using Software-Controlled Turning Machines: Technological Recommendations. Moscow: Scientific-Research Institute of Technology and Production Engineering (NIAT). 24 p. (in Russian).Захаров, Ю. Е. Полезные вибрации в машиностроении / Ю. Е. Захаров, В. Т. Гарбузюк. – Тула : Приокское книжное изд-во, 1970. – 112 с.Zakharov, Yu. E., Garbuziuk, V. T. (1970) Useful Vibrations in Mechanical Engineering. Tula, Priokskoe Publishing House. 112 p. (in Russian).Способы завивания и дробления сливной стружки и области их применения: руководящие материалы. – М. : Всесоюз. науч.-исслед. ин-т информ. по машиностроению, 1970. – 38 с.Methods for Curling and Breaking Flow Chips and Fields of Their Application. Instructive Materials (1970). Moscow, All-Union Scientific-Research Institute of Information on Mechanical Engineering. 38 p. (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 for Crushing Flow Chips During Cutting Process. Leningrad, Leningrad House of Scientific-Research Promotion [LDNTP]. 20 p. (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, Ленинград, 13–14 мая / под ред. Ю. М. Зубарева. – Л. : Знание, 1991. – С. 47–48.Bogoslovsky, N. V., Ivashchenko, T. I. (1991) Kinematic Chip Breaking While Turning Hard-To-Machine Steel. Zubarev, Yu. M. (ed.). Ways to Improve Efficiency of Material Machining While Using Cutting in Mechanical Enginering. Proceedings of Short-Term Scientific and Technical on May 13–14. Leningrad, Znanie, 47–48 (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 the Belorussian SSR. 32 p. (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. 350 p. (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.Danilchyk, 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).Вульф, А. М. Резание металлов / А. М. Вульф. – 2-е изд. – Л. : Машиностроение, 1973. – 496 с.Vulf, ?. ?. (1973) Metal Cutting. 2nd Edition. Leningrad, Mashinostroenie. 496 p. (in Russian).Кацев, П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента / П. Г. Кацев. – М. : Машиностроение, 1968. – 156 с.Katsev, P. G. (1968) Statistical Methods for Investigation Cutting Tool. Moscow, Mashinostroenie. 156 p. (in Russian).Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов: учеб. пособие / А. Д. Макаров, В. С. Мухин, Л. Ш. Шустер. – Уфа : Уфимский авиацион. ин-т, 1974. – 372 с.Makarov, ?. D., Mukhin, V. S., Shuster, L. Sh. (1974) Tool Wear, Quality and Durability of Parts Made of Aircraft Materials. Ufa: Ufa Aviation Institute. 372 p. (in Russian).

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