astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-2-96-104ast-162Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭффективность применения кривошипно-ползунного привода для фрезерования вафельного фонаEffectiveness of using a slider-crank mechanism for waffle background millingДроздовИ. Н.DrozdovI. N.

Дроздов Игорь Николаевич, начальник цеха

Омск

Igor N. Drozdov, foreman

Omsk

ceh2@progress-omsk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7703-9283ПоповА. Ю.PopovA. Yu.

Попов Андрей Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры металлорежущих станков и инструментов

Омск

Andrey Yu. Popov, D. Sc. in Engineering, Professor at the Department of Metal Cutting Machines and Tools

Omsk

popov_a_u@list.ruАО НПЦ «Прогресс»РоссияJSC "Federal Research and Production Center "Progress"Russian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation2024280620240296104Copyright © Дроздов И.Н., Попов А.Ю., 20242024Дроздов И.Н., Попов А.Ю.Drozdov I.N., Popov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/162

В работе представлена конструкция экспериментального привода подачи режущего инструмента на основе кривошипно-ползунного механизма. Особенностью технологии фрезерования регулярного рисунка вафельного фона является необходимость многократного повторения ячеек, как правило, прямоугольной формы. Это требует разработки механизма подачи инструмента, обеспечивающего высокую скорость обработки и существенное снижение сил резания для предотвращения деформации формы ячейки. Представленная в работе конструкция привода обеспечивает скорость подачи до 43 м/мин при скорости резания до 942 м/мин, что исключает выход механизма за пределы габарита ячейки, а также обеспечивает значительное снижение сил резания до 10 Н и снимает проблему применения смазочно-охлаждающих жидкостей – обработка ведется всухую. Это особенность скоростного режима фрезерования, когда скорость подачи и скорость резания существенно выше традиционных, а глубина резания не превышает 1 мм. Производительность такого вида фрезерования существенно выше традиционных режимов и, кроме того, практически не вызывает нагрева детали, так как почти все тепло уходит со стружкой. Практическая значимость разработки заключается в повышении производительности оборудования для фрезерования вафельного фона в топливных баках из алюминиевых сплавов за счет применения высокоскоростного привода на основе кривошипноползунного механизма, который предлагается монтировать вместо штатного шпинделя на крупногобаритных станках фрезерного портального типа. Это позволяет переходить на режимы высокоскоростного фрезерования при силе резания в несколько ньютонов, что позволяет уменьшить вес силовых и движущихся частей привода и кратно повысить скорость подачи.

The paper presents the design of an experimental cutting tool feed drive based on a slider-crank mechanism. A feature of the technology of milling a regular waffle background pattern is the need for regular repetition of cells, usually rectangular shape. This requires the development of a tool feed mechanism that provides а high processing speed and a significant reduction in cutting forces to prevent deformation of the cell shape. The drive design presented in the work provides feed rate up to 43 m/min with cutting speed up to 942 m/min. This eliminates the exit of the mechanism out of the cell dimensions, as well as provides a significant reduction of cutting forces up to 10 N and removes the problem of using coolant (dry machining). This is a feature of the high-speed milling mode, when the feed rate and cutting speed are significantly higher than traditional ones, and the cutting depth does not exceed 1 mm. The productivity of this milling process is much higher than traditional milling modes and, in addition, it causes less heating of the part, as almost all the heat escapes with the chips. The practical significance of the development is the increase of productivity of the equipment for waffle background milling in fuel tanks from aluminium alloys due to the application of the high-speed drive based on the slider-crank mechanism. The authors offered to mount it instead of the standard spindle on large-sized milling gantry-type machines. This makes it possible to use the high-speed milling modes at cutting forces of several newtons for reducing the weight of the power and moving parts of the drive and increasing the feed rate.

привод подачикривошипноползунный механизмфрезатехнологиястаноксила резанияfeed drivecrank-slide mechanismmilling cuttertechnologymachine toolcutting forceReferencesМихрютин, В. В. Методы механической обработки листовых обшивок планера самолетов / В. В. Михрютин, М. А. Шерстобитов. – Текст : непосредственный // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. – 2012. – № 2 (23). – С. 279–284.Mikhryutin, V. V., & Sherstobitov, M. A. (2012). Metody mekhanicheskoy obrabotki listovykh obshivok planera samoletov. Vestnik RGATA imeni P. A. Solov'eva, (2(23)), pp. 279-284. (In Russian).Писаренко, А. А. Механообрабатывающий центр модели СВО-3500 для формирования вафельного фона на крупногабаритных конструкциях изделий ракетно-космической техники / А. А. Писаренко, А. М. Ковалев. – Текст : непосредственный // Вестник НПО Техномаш. – 2018. – № 2 (6). – С. 86–90.Pisarenko, A. A., & Kovalev, A. M. (2018). Mekhanoobrabatyvayushchiy tsentr modeli SVO-3500 dlya formirovaniya vafel'nogo fona na krupnogabaritnykh konstruktsiyakh izdeliy raketno-kosmicheskoy tekhniki. Vestnik NPO Tekhnomash, (2(6)), pp. 86-90. (In Russian).Лизин, В. Т. Проектирование тонкостенных конструкций / В. Т. Лизин, В. А. Пяткин. – Москва : Машиностроение, 1976. – 408 с. – Текст : непосредственный.Lizin, V. T., & Pyatkin, V. A. (1976). Proektirovanie tonkostennykh konstruktsiy. Moscow, Mashinostroenie Publ., 408 p. (In Russian).Батрутдинов, Р. Г. Технология изготовления вафельного фона в обечайках летательных аппаратов / Р. Г. Батрутдинов, С. К. Сысоев. – Текст : непосредственный // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2011. – Т. 1, № 7. – С. 7–8.Batrutdinov, R. G., & Sysoev, S. K. (2011). Tekhnologiya izgotovleniya vafel'nogo fona v obechaykakh letatel'nykh apparatov. Aktual'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki, 1(7), pp. 7-8. (In Russian).Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. – Москва : Наука, 1975. – 640 с.Artobolevskiy, I. I. (1975). Teoriya mekhanizmov i mashin. – Moscow, Nauka Publ., 640 p. (In Russian).Дворников, Л. Т. Теория кривошипно-ползунных механизмов : монография / Л. Т Дворников, Н. С. Большаков. – Новокузнецк : НПФ, 2008. – 138 с. – ISBN 978-5-8441-0282-0.Dvornikov, L. T., & Bol'shakov, N. S. (2008). Teoriya krivoshipno-polzunnykh mekhanizmov : monografiya. – Novokuznetsk, NPF Publ., 138 p. (In Russian).Белов, И. В. Кривошипно-ползунный механизм с двумя шатунами / И. В. Белов, Д. В. Семенов, А. А. Белов. – Текст : непосредственный // Оригинальные исследования. – 2023. – Т. 13, № 8. – С. 20–27.Belov, I. V., Semenov, D. V., & Belov, A. A. (2023). Crank-slide mechanism with two connecting rods. Original'nye issledovaniya, 13(8), pp. 20-27. (In Russian).Chen, Yu. Investigations on the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism for a high-speed press system that considers joint clearance / Yu. Chen, Yu. Sun, D. Yang. – DOI 10.1007/s12206-016-1209-z. – Текст : непосредственный // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2017. – Vol. 31, No. 1. – P. 75–85.Chen, Yu., Sun, Yu., & Yang, D. (2017). Investigations on the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism for a high-speed press system that considers joint clearance. Journal of Mechanical Science and Technology, 31(1), pp. 75-85. (In English). DOI 10.1007/s12206-016-1209-z.Dynamic modeling and identification of a slider-crank mechanism / J.-L. Ha, R.-F. Fung, K.-Yu. Chen, Sh.-Ch Hsien. – DOI 10.1016/j.jsv.2005.03.011. – Текст : непосредственный // Journal of Sound and Vibration. – 2006. – Vol. 289, No. 4. – pp. 1019–1044.Ha, J.-L., Fung, R.-F., Chen, K.-Yu., & Hsien, Sh.-Ch. (2006). Dynamic modeling and identification of a slider-crank mechanism. Journal of Sound and Vibration, 289(4), pp. 1019-1044. (In English). DOI 10.1016/j.jsv.2005.03.011.Ibaraki, S. A long-term control scheme of cutting forces to regulate tool life in end milling processes / S. Ibaraki, T. Shimizu. – DOI 10.1016/j.precisioneng.2010.05.001. – Текст : непосредственный // Precision Engineering. – 2010. – Vol. 34, No. 4. – P. 675–682.Ibaraki, S., & Shimizu, T. (2010). A long-term control scheme of cutting forces to regulate tool life in end milling processes. Precision Engineering, 34(4), pp. 675-682. (In English). DOI 10.1016/j.precisioneng.2010.05.001.Зайцев, А. М. Разработка направлений повышения эффективности технологической подготовки производства деталей и узлов ракетно-космической техники : специальность 05.02.08 «Технология машиностроения» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Зайцев Алексей Михайлович, 2016. – 168 с. – Текст : непосредственный.Zaitsev, A. M. (2016). Razrabotka napravleniy povysheniya effektivnosti tekhnologicheskoy podgotovki proizvodstva detaley i uzlov raketno-kosmicheskoy tekhniki: Diss. kand. tekhn. nauk. 168 p. (In Russian).Кривонос, Е. В. Обоснование схемы фрезерования вафельного фона / Е. В. Кривонос. – DOI 10.25206/2588-0373-2021-5-3-83-90. – Текст : непосредственный // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. – 2021. – Т. 5, № 3. – С. 83–90.Krivonos, E. V. (2021). Justification scheme for milling waffle background. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviationrocket and Power Engineering, 5(3), pp. 83-90. (In Russian). DOI 10.25206/2588-0373-2021-5-3-83-90Шачнев, С. Ю. Разработка методов повышения эффективности технологии механической обработки деталей оболочкового типа из титановых сплавов и мартенситностареющих сталей : специальность 05.03.0105.02.08 «Технология машиностроения» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Шачнев Сергей Юрьевич. – Москва, 2009. – 178 с. – Текст : непосредственный.Shachnev, S. Yu. (2009). Razrabotka metodov povysheniya effektivnosti tekhnologii mekhanicheskoy obrabotki detaley obolochkovogo tipa iz titanovykh splavov i martensitnostareyushchikh staley: Diss. kand. tekhn. nauk. 178 p. (In Russian).Зайцев, А. М. Оптимизация режимов резания при фрезеровании карманов обечайки с вафельной конструкцией / А. М. Зайцев, С. Ю. Шачнев, С. В. Грубый. – DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-14-23. – Текст : непосредственный // Космическая техника и технологии. – 2020. – № 3 (30). – С. 14–23.Zaitsev, A. M., Shachnev, S. Yu., & Grubyi, S. V. (2020). Optimization of cutting modes when milling shell pockets with a wafer structure. Space Engineering and Technology, (3(30)), pp. 14-23. (In Russian).Zheng, E. Modeling and simulation of flexible slider-crank mechanism with clearance for a closed high speed press system / E. Zheng, X. Zhou. – DOI 10.1016/j.mechmachtheory.2013.11.015. – Текст : непосредственный // Mechanism and Machine Theory. – 2014. – Vol. 74. – P. 10–30.Zheng, E., & Zhou, X. (2014). Modeling and simulation of flexible slider-crank mechanism with clearance for a closed high speed press system. Mechanism and Machine Theory, 74, pp. 10-30. (In English). DOI 10.1016/j.mechmachtheory.2013.11.015.Михрютин, В. В. Методы механической обработки листовых обшивок планера самолетов / В. В. Михрютин, М. А. Шерстобитов. – Текст : непосредственный // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. – 2012. – № 2 (23). – С. 279–284.Mikhryutin, V. V., & Sherstobitov, M. A. (2012). Metody mekhanicheskoy obrabotki listovykh obshivok planera samoletov. Vestnik RGATA imeni P. A. Solov'eva, (2(23)), pp. 279-284. (In Russian).Научно-технические разработки ОКБ-23 - КБ «Салют», Выпуск 1. – Москва : Воздушный транспорт, 2006. – 720 с. – ISBN 5-88821-065-х. – Текст : непосредственный.Bahvalov, Yu. O. (eds). (2006). Nauchno-tekhnicheskie razrabotki OKB-23 - KB "Salyut". Issue 1. Moscow, Vozdushnyy transport Publ., 720 p. (In Russian). ISBN 5-88821-065-x.

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