ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСНИХ КОЛИВАНЬ РІЗЦЯ-ОСЦИЛЛЯТОРА ПРИ ТОЧІННІ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-2-9Ключові слова:
регенеративні автоколивання, різець-осцилятор, осцилограма, частота власних коливань, виліт, зосереджена маса.Анотація
Мета роботи. Дослідити основні методи визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х та проаналізувати вплив його геометричних і інерційних параметрів на динамічні характеристики під час вивчення фізичних основ динаміки процесу різання в умовах точіння.
Методи дослідження. Експериментальне дослідження здійснювалося методом ударного збудження, при якому змінювали додаткову масу та виліт різця. Під час кожного випробування фіксувалися осцилограми коливань, що дозволяло визначити відповідні частоти власних коливань. Аналітичний підхід передбачав виведення розрахункових формул для оцінки частоти власних коливань на основі геометричних і масо-інерційних характеристик конструкції. Для чисельного моделювання просторових коливань різця-осцилятора Х використовувалась програмна система SolidWorks з модулем Simulation, що забезпечує проведення частотного аналізу та побудову моделей з урахуванням реальних геометричних параметрів.
Отримані результати. Порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х показало високу узгодженість результатів, що підтверджує їхню надійність і практичну застосовність. Встановлено вплив геометричних та інерційних параметрів на динамічні характеристики різця-осцилятора Х. Зокрема, при збільшенні вильоту з 60 мм до 140 мм частота власних коливань зменшилась у 3,6…4,1 рази, а при збільшенні маси зосередженого вантажу з 0,2 кг до 0,52 кг — у 1,4…1,6 рази. Частотний аналіз у середовищі SolidWorks Simulation продемонстрував достатню точність (похибка 2…3%), високу ефективність та економічну доцільність, особливо при проєктуванні складних конструкцій. Чисельне моделювання виявилося зручним інструментом для оптимізації конструкцій та скорочення витрат на етапі розробки.
Наукова новизна. Вперше проведено комплексне порівняння аналітичного, експериментального та чисельного методів визначення частоти власних коливань різця-осцилятора Х. Проаналізовано вплив геометричних та інерційних параметрів на його динамічні характеристики. Показано ефективність використання частотного аналізу в САПР-системах для дослідження динаміки процесу точіння, що є актуальним для оптимізації складних конструкцій.
Практична цінність. Метод комп’ютерного моделювання продемонстрував високу точність і повторюваність результатів при визначенні частоти власних коливань різця-осцилятора Х, що підтверджує його придатність для вібраційного аналізу ріжучих інструментів. Застосування частотного аналізу в SolidWorks Simulation спрощує проєктування, скорочує витрати та є особливо ефективним для складних конструкцій.
Посилання
Zaloha, V. A., Nahornыi, V. V. (2013). Yssledo-vanye kolebanyi tokarnoho stanka. Chast 1. Yssledo-vanye zakonomernostei yzmenenyia dynamyky obrabatыvaiushchei systemы v zavysymosty ot sosto-ianyia rezhushcheho ynstrumenta. Visnyk Sumskoho derzhavnoho universytetu. Ser.: Tekhnichni nauky, (1), 125-136. http://nbuv.gov.ua/UJRN/VSU_tekh_2013_1_19
Jasiewicz, M., Miądlicki, K. (2019). Implementa-tion of an algorithm to prevent chatter vibration in a CNC system. Materials, 12(19), 3193. https://doi.org/10.3390/ma12193193
Danylchenko, M. A., Petryshyn, A. I. (2016). Ys-sledovanye vlyianyia kontaktnoho vzaymodeistvyia zahotovky y ynstrumenta na dynamycheskye kharak-terystyky tokarnoho stanka. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Ukrainy “Kyivskyi politekhnichnyi instytut”. Seriia : Mashynobuduvannia, 2(77), 140-146. http://nbuv.gov.ua/UJRN/VKPI_mash_2016_2_21
Yuvaraju, B. A. G., Nanda, B. K., Srinivas, J. (2021). Investigation of stability in internal turning using a boring bar with a passive constrained layer damping. FME Transactions, 49(2), 384–394. https://doi.org/10.5937/fme2102384Y
Ma, H., Wu, J., Xiong, Z. (2020). Active chatter control in turning processes with input constraint. The International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 108, 3737-3751. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05475-8
Vnukov, Y., Tryshyn, P., Kozlova, O., Dyadya S. (2024). Cutter-oscillator with single-degree-of-freedom for the study of cutting vibrations. Strojnícky časopis – Jour-nal of Mechanical Engineering, 74(1), 169–180. https://doi.org/10.2478/scj me-2024-0017.
Pat. 157016 Ukraina: MPK(2024.01) V23V 27/00. Rizets-ostsyliator dlia doslidzhennia protsesu ri-zanniazaiavl [Tekst] / Yu.M. Vnukov, P.R. Tryshyn, O.B. Kozlova, S.I. Diadia; vlasn. Tryshyn P.R. – № u2024 01426.18.03.2024; opubl. 28.08.24, Biul. № 35. 4 s.
En, X. N., Zhang, Y. M., Huang, X. Z. (2023). Re-liability analysis of regenerative chatter stability in turning tool systems by modified control variate method. The International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 128(9), 4535-4550. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12228-w
The Ho, Q. N., Do, T. T., Minh, P. S. (2023). Studying the factors affecting tool vibration and surface quality during turning through 3D cutting simulation and machine learning model. Micromachines, 14(5), 1025. https://doi.org/10.3390/mi14051025
Tryshyn, P.R., Kozlova, O.B. (2025). Rizets-ostsyliator dlia doslidzhennia avtokolyvan pry tochinni, yakyi vykliuchaie reheneratyvnyi efekt. Vibratsii v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh, № 1 (116), 23–31. DOI: 10.37128/2306-8744-2025-1-3. http://vibrojournal.vsau.org/en/particles/cutter-oscillator-for-the-study-of-self-oscillations-in-turning-that-excludes-the-regenerative-effect
Liang, C., Yu, S., Ma, Y., Li, C., Wei, J. (2021). Theoretical and experimental studies of chatter in turning and machining stainless steel workpiece. The Internation-al Journal of Advanced Manufacturing Technology, 117, 3755-3776. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06643-0
Lu, K., Wang, Y., Gu, F., Pang, X., Ball, A. (2019). Dynamic modeling and chatter analysis of a spindle-workpiece-tailstock system for the turning of flexible parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 104, 3007–3015. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04224-w
Zhang, H., Lu, S., Zhang, C., Li, G., Teng, F., Zhang, J., Sun, T. (2022). Finite element analysis and experimental investigation of tool chatter in ultra-precision diamond micro-milling process. Applied Scienc-es, 12(23), 11968. https://doi.org/10.3390/app122311968
Türkeş, E., Neşeli, S. (2014). A simple approach to analyze process damping in chatter vibration. The International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 70, 775–786. https://doi.org/10.1007/s00170-013-5307-0
Caixu, Y. U. E., Haining, G. A. O., Xianli, L. I. U., Steven, Y. L., Lihui, W. A. N. G. (2019). A review of chat-ter vibration research in milling. Chinese Journal of Aero-nautics, 32(2), 215–242. https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.11.007
Zhang, C., Li, C., Xu, M., Yao, G., Liu, Z., Dai, W. (2022). Cutting force and nonlinear chatter stability of ball-end milling cutter. The International Journal of Ad-vanced Manufacturing Technology, 120(9), 5885–5908. https://doi.org/10.1007/s00170-022-09150-y
Chang, L., Weiwei, X., Lei, G. (2020). Identifica-tion of milling chatter based on a novel frequency-domain search algorithm. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 109(9), 2393–2407. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05789-7
Wang, X., Song, Q., Liu, Z. (2024). Chatter stabil-ity prediction for deep-cavity turning of a bent-blade cutter. Sensors, 24(2), 606. https://doi.org/10.3390/s24020606
Nakano, Y., Kishi, T., Takahara, H. (2021). Ex-perimental study on application of tuned mass dampers for chatter in turning of a thin-walled cylinder. Applied sciences, 11(24), 12070. https://doi.org/10.3390/app112412070
Karpushyn V.B. (1971). Vybratsyy y udary v radyoapparature. Yzd-vo “Sovetskoe radio”.
HOST ISO 7626-5-99. Vibratsiia ta udar. Ek-sperymentalne vyznachennia mekhanichnoi rukhlyvosti. Chastyna 5. Vymiriuvannia, shcho vykorystovuiut udarne zbudzhennia zbudnykom, shcho ne prykripliui-etsia do konstruktsii. – Mynsk : Mezhhosudarstvennыi sovet po standartyzatsyy, metrolohyy y sertyfykatsyy. – Vved. 2001.01.01. – M. : Yzd-vo standartov, 2000. – 20 s.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
