Calculation of parameters of a cutter-oscillator with two degrees of freedom

Abstract

EN: Purpose. The main purpose of the work is to conduct a comprehensive assessment of the parameters of a cutter-oscillator with two degrees of freedom using three methods: analytical, computer, and experimental. Research methods. The analytical approach included determining the natural frequency of oscillations and the angle of the resulting displacement of the cutter-oscillator with two degrees of freedom. For numerical modeling of the cutter-oscillator, the SolidWorks and NX software packages were used. The research was also conducted by an experimental method, within which the oscillograms of the oscillations of the cutting edge were recorded. On their basis, the static deflection of the cutter-oscillator and the frequency of its free oscillations were determined. Results. As a result of the study, it was found that the use of an cutter-oscillator is effective for determining the dynamic characteristics of the turning process. The analytical method made it possible to obtain preliminary estimates of the frequencies of natural oscillations and the direction of the resulting displacement. Computer modeling in SolidWorks and NX provided increased accuracy of calculations and allowed varying the system parameters without additional experiments. Experimental measurements based on the analysis of the oscillograms of the cutting edge oscillations confirmed the consistency of the theoretical and model data. The obtained results prove the reliability of the adopted models and the feasibility of using computer modeling for further improvement of the dynamic analysis of the turning process. Scientific novelty. The scientific novelty of the work lies in the integrated approach to the study of the dynamic characteristics of a cutter-oscillator with two degrees of freedom, which combines analytical, numerical and experimental methods of evaluation. Practical value. The practical value of the work lies in the development and justification of a methodology for evaluating the dynamic parameters of a two degree of freedom cutter-oscillator, which can be used during the design and adjustment of tool systems in the turning process. The use of computer modeling allows you to change quickly the design parameters of the tool without conducting a significant number of experiments, reducing the cost of time and resources. The obtained results can be implemented in production practice and used to improve dynamic control systems in metalworking. UK: Мета. Основною метою роботи є проведення комплексної оцінки параметрів різця-осциляторного з двома ступенями свободи за допомогою трьох методів: аналітичного, комп'ютерного та експериментального. Методи дослідження. Аналітичний підхід включав визначення власної частоти коливань та кута результуючого переміщення різця-осцилятора з двома ступенями свободи. Для числового моделювання різця-осцилятора використовувалися програмні пакети SolidWorks та NX. Дослідження також проводилося експериментальним методом, в рамках якого реєструвалися осцилограми коливань різальної кромки. На їх основі визначався статичний вигин різця-осцилятора та частота його вільних коливань. Результати. В результаті дослідження було встановлено, що використання різця-осцилятора є ефективним для визначення динамічних характеристик процесу точіння. Аналітичний метод дозволив отримати попередні оцінки частот власних коливань та кута напрямку результуючого переміщення. Комп'ютерне моделювання в SolidWorks та NX забезпечило підвищення точності розрахунків та дозволило варіювати параметри системи без додаткових експериментів. Експериментальні вимірювання, засновані на аналізі осцилограм коливань різальної кромки, підтвердили узгодженість теоретичних та модельних даних. Отримані результати доводять надійність прийнятих моделей та доцільність використання комп'ютерного моделювання для подальшого вдосконалення динамічного аналізу процесу точіння. Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає в комплексному підході до дослідження динамічних характеристик різця-осцилятора з двома ступенями свободи, який поєднує аналітичні, числові та експериментальні методи оцінки. Практична цінність. Практична цінність роботи полягає в розробці та обґрунтуванні методології оцінки динамічних параметрів різця-осцилятора з двома ступенями свободи, яка може бути використана під час проектування та налаштування інструментальних систем у процесі точіння. Використання комп'ютерного моделювання дозволяє швидко змінювати конструктивні параметри інструменту без проведення значної кількості експериментів, зменшуючи витрати часу та ресурсів. Отримані результати можуть бути впроваджені у виробничу практику та використані для вдосконалення систем динамічного керування в металообробці.