Исследование жесткости и частотных характеристик концевой фрезы на вертикальном фрезерном центре

Исследование посвящено проблеме заблаговременного исключения резонансных колебаний инструмента путем предварительного математического моделирования. В частности, проблема рассмотрена для случая процесса фрезерования концевой фрезой на вертикальном фрезерном центре. В работе приведены обработанные экспериментальные данные и результаты математического моделирования, содержащие сведения о жесткости фрезы ФКЦ 4257, ее собственных частотах на спектре и формах колебаний. Построенная конечно-элементная математическая модель охватывает саму фрезу, зажимную цангу и цанговый патрон. Модель описывает статическую жесткость фрезы с погрешностью 2,2 %, а положение ее собственных частот на спектре – с погрешностью около 7 % относительно результатов эксперимента. Посредством построения амплитудно-частотной характеристики и проведения модального анализа показано, что наиболее критичными для фрезы являются первые две моды колебаний (80 и 112 Гц), как по критерию величины амплитуды колебаний, так и по критерию их формы. Формы колебаний на первых модах являются изгибными. В рамках модального анализа рассмотрены и оценены формы колебаний на остальных модах. Для улучшения сходимости результатов частотного анализа предложено ввести коэффициент K_k1=0,9, учитывающий меньшую жесткость реальной фрезы в сравнении с идеализированной математической моделью, при применении которого сходимость улучшена до 2,5 %. Благодаря примененной методике можно получать достоверные данные о частотных зонах неустойчивости, используемые на практике для уходов от резонансных явлений. В перспективе на основе таких данных с учетом поправочных коэффициентов возможно обучение нейросетевых моделей, предсказывающих отклик инструмента при конкретных условиях обработки и решающих обратную задачу подбора рациональной геометрии инструмента под определенные задачи.