Розроблено нову технологію прогнозування вібрацій при точінні, яка заснована на моделюванні процесу різання в часі і в частотному діапазоні з використанням діаграми Найквіста. Процес різання представлений таким, який здійснюється в пружній замкненій технологічній обробній системі (ТОС), з урахуванням оброблення «за слідом». Динамічна модель представлена у вигляді системи з двома ступенями свободи в напрямку поздовжньої і поперечної осей координат верстата. Математична модель побудована згідно системного підходу (у вигляді структурної схеми з'єднання елементів з передавальними функціями по Лапласа), нелінійна і має четвертий порядок. Тому моделювання виконується чисельним методом з використанням процедури Рунге-Кутта четвертого порядку. Показано, що при дослідженні вібрацій слід враховувати три групи факторів: геометрію інструменту, динамічні параметри і режим різання, який краще представляти у вигляді аналога швидкості зрізання припуску. Динамічні параметри системи у вигляді спектру отримують шляхом обробки експериментальних вагових характеристик, отриманих при імпульсному збуренні системи спеціальним молотком. Створена прикладна програма, яка дозволяє моделювати процес виникнення регенеративних коливань у часі та будувати амплітудно-фазову характеристику ТОС при різанні. Прикладна програма виконує моделювання за вихідними даними, що відповідають режиму різання та динамічним характеристикам системи, представленим у вигляді жорсткості та частоті головної гармоніки за відповідними осями координат. Моделювання процесу в створеній прикладній програмі показало результати, які повністю збігаються з результатами частотного аналізу профілограми реально обробленої деталі, що дозволяє рекомендувати цю технологію для прогнозування і оцінки вібрацій та сталості при токарній обробці Ключові слова: коливання при токарній обробці, динамічна модель з двома ступенями свободи, функція запізнення

Reducing the deviation effect from the specified machining conditions on the quality of the process in real time is the desired result of the intelligent spindle control system. To implement such a control system, a dynamic interaction model of the technological machining system with the cutting process was developed. The transfer matrix method of a multibody system was used in the development of the dynamic model. The physical closure condition of the technological machining system for using the transient matrix method is implemented in the developed model by introducing into this model an additional elastic coupling of the contact between the tool and the machined workpiece. The model is presented as a dynamic model of the elastic system “spindle unit–workpiece/tool–cutting process–tool/workpiece”. To develop the dynamic model, the system decomposition was performed with an analytical description of the joint deformation conditions of the subsystems and the use of the transient matrix method to calculate the harmonic influence coefficients of these subsystems. The proposed approach is used to calculate the native vibration frequencies of the spindle with the workpiece fixed in the chuck and supported with the tool. The calculation results correspond to the experimental ones and quite accurately represent their trends for different contact interaction conditions.

No abstract

No abstract

Problems. Under the influence of dynamic loading from trains and natural conditions, the railway track deteriorates, which is characterized by defects (warps, subsidence, shocks and other residual deformations of the railway track), which lead to intense wear and collapse of all elements of the rail track panel. Listed defects precipitation, failures and destructions of elements of the rail track panel is related with additional local stresses that occur in the railway track rails. On a low-quality rail track panel with high parameters deviations, during the train movement, there is an unaccounted interaction of the track and rolling stock with local overload of the interaction elements along the path. Usually, the unaccounted interaction of track and rolling stock is accompanied by the wheel and rail impact with followed contact area overloading. During the wheel and rail impact, stresses that exceed the ultimate strength are occurring in the rail head. In this case, defects of contact-fatigue origin in the form of horizontal, vertical and transverse cracks are born and start to develop. The aim of the study. Conducting practical studies of the contact-fatigue cracks origin and development by studying rails wear in the laboratory. Methods of implementation. For research of rails for contact damage experimental setup has been designed and manufactured. The setup is mounted on a mechanical single-cylinder press of the K 2322 model with a nominal force of 16 tons at a nominal stroke frequency of 120 per minute. The main part of the experimental setup contains the friction unit "rail-wheel". The hydraulic system provides needed clamping force of the rail to the wheel. A test program, which provides for two-hour tests, followed by defects (micro cracks) detecting on the rail body has been developed. Research on the defects presence is carried out by fluorescent magnetic particle inspection method. Research results. Studies have shown that contact-fatigue cracks in the rail head occurred after approximately 200 thousand load cycles. This generally coincides with the results presented in other works, which show the occurrence of similar damage after 190-290 thousand cycles, depending on the properties of rail steel (hardness, surface roughness, etc.). Conclusions. The main reason for the origin and development of contact-fatigue defects in the rail head is the insufficient contactfatigue strength of rail steel. For carrying out practical research in the laboratory, the experimental setup has been designed and manufactured. The test program has been developed. Experimental studies have shown that the occurrence of defects on the surface of the rail observed after 200-210 thousand load cycles. With further increase in the number of load cycles, there is a rapid development of existing contact-fatigue cracks and the formation of new cracks in the contact zone.