Experimental research of console boring bars oscillations upon fine stepped holes boring

Abstract

Fine boring is a common way of finishing edge processing. Upon boring stepped hole, on practice it is necessary to design and produce special stepped console boring bars or multi-edged heads. In the experiments there were researched complicated dynamic interactions occurring in the technological system upon multi-edge boring with stepped boring bars. Regularities of forced oscillations amplitudes changes upon changes in flexible system parameters and cutting processes have been studied, namely upon changes in massgeometrical properties of boring bars, stiffness and own frequencies, variation of lengths and diameters of steps. Out-of-roundness of cross sections and roughness values of processed surfaces within the terms of simultaneous and separate work of edges have been researched. The experiments were carried out on machines assembled on the basis of a finishing and boring machine equipped with a high precision spindle head with rotation speed stepless regulation and modern measuring equipment. Measurements were carried out using strain gauge methods as well as a vibration spectrum analyzer with a piezo sensor. Two and three-stage boring rods with different mass geometry parameters were used. Processing diagrams with rotating and non-rotating boring rods were studied. Relative position of edges and cutting depths were also varied during experiments that led to change of values of impact indexes. Complex dynamic interactions at thin boring by step boring bars at simultaneous operation of picks lead to non-monotonous change of amplitudes of forced vibrations, and vibration stability of boring process can either increase or decrease. The practical importance of the work allows to solve the field of application of stepped console boring bars by improving their design on the basis of not only static, but also dynamic calculations. Results of experimental researches are put into basis of theoretical modelling and development of dynamic calculation models. In addition, the results of complex experimental research in scientific terms develop technological dynamics as a part of engineering technology.

Тонке розточування є широко поширеним методом фінішної лезвийной обробки. При розточуванні ступінчастих отворів на практиці необхідно проектувати і виготовляти спеціальні ступінчасті консольні борштанги або багаторізцеві головки. В експериментах досліджені складні динамічні взаємодії, що виникають в технологічній системі при багаторізцевому розточуванні ступінчастими борштангами. Вивчено закономірності зміни амплітуд вимушених коливань при змінах параметрів пружної системи і процесів різання, зокрема, при змінах масо-геометричних характеристиках борштанг, жорсткостей та власних частот, довжин і діаметрів ступенів. Експерименти проводилися на експериментальних стендах, зібраних на базі обробно-розточувального верстата, оснащеного високоточної шпиндельною головкою з безступінчатим регулюванням швидкості обертання, і сучасної вимірювальною апаратурою. Виміри проводилися тензометричним методом, а також аналізатором спектру вібрацій з п'езодатчиком. Використовувалися двох і триступінчаті борштанги з різними масо-геометричними параметрами. Досліджувалися технологічні схеми обробки з обертовими та необертовими борштангами. В експериментах також варіювалися взаємне положення різців, глибини різання, що призводило до зміни значень коефіцієнтів впливу. Складні динамічні взаємодії при тонкому розточуванні ступінчастими борштанг при одночасній роботі різців призводять до немонотонної зміни амплітуд вимушених коливань, а вібросталість процесу розточування може або підвищуватися, або знижуватися. Практична значимість роботи дозволяє вирішити область застосування ступінчатих консольних борштанг шляхом вдосконалення їх проектування на основі не тільки статичних, але і динамічних розрахунків. Результати експериментальних досліджень покладені в основу теоретичного моделювання та розробку динамічних розрахункових моделей. Крім того, результати комплексного експериментального дослідження в науковому плані розвивають технологічну динаміку, як складову частину технології машинобудування.