omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-21-28NUXXOPomna-198Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПривод подачи режущего инструмента фрезерного станка для обработки вафельного фонаCutting tool feed drive of wafer background milling machinehttps://orcid.org/0000-0003-1811-8755ГебельЕ. С.GebelE. S.

Гебель Елена Сергеевна, кандидат технических наук, доцент, доцент Высшей школы

управления кибер-физическими системами

AuthorID (SCOPUS): 55574609100

ResearcherID: O-4211-2014

г. Санкт-Петербург 

Gebel Elena Sergeevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Higher School of Cyberphysical Systems & Control

AuthorID (SCOPUS): 55574609100

ResearcherID: O-4211-2014

Saint Petersburg 

gebel_es@spbstu.ruПоповА. Ю.PopovA. Yu.

Попов Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры

«Металлорежущие станки и инструменты»

ORCID: 0000-0002-7703-9283

AuthorID (SCOPUS): 25228115700

г. Омск 

Popov Andrey Yuryevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Metal Cutting Machines and Tools Department

ORCID: 0000-0002-7703-9283

AuthorID (SCOPUS): 25228115700

Omsk 

popov_a_u@list.ruДроздовИ. Н.DrozdovI. N.

Дроздов Игорь Николаевич, начальник цеха

г. Омск 

Drozdov Igor Nikolayevich, Head of Workshop

Omsk 

ceh2@progress-omsk.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian FederationАО ФНПЦ «Прогресс»РоссияJSC Federal Research and Production Center «Progress»Russian Federation2024300620241022128Copyright © Гебель Е.С., Попов А.Ю., Дроздов И.Н., 20242024Гебель Е.С., Попов А.Ю., Дроздов И.Н.Gebel E.S., Popov A.Y., Drozdov I.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/198

В работе описан привод подачи режущего инструмента специального металлообрабатывающего станка. На основе анализа технологии фрезерования заданного регулярного рисунка вафельного фона и особенностей работы оборудования предложено заменить традиционную шарикоподшипниковую передачу в составе привода подачи режущего инструмента на плоский совмещенный кривошипно-ползунный механизм. Геометрические параметры рычажного передаточного механизма рассчитаны в соответствии с известными размерами регулярного рисунка ячейки и рекомендованным значением угла передачи движения. Анализ кинематических и силовых характеристик рычажного механизма позволил обосновать технические характеристики электродвигателя. Для реализации требуемого трапецеидального закона изменения скорости выходного звена решена обратная задача кинематики, получены численные значения мгновенной угловой скорости входного кривошипа и импульсные управляющие сигналы на серводвигатель.

The paper describes the process of designing the cutting tool feed drive of a special metalworking machine, which due to the circuit solution and automatic control system will increase the productivity of processing one cell of wafer background on sheet material up to 10–15 seconds. On the basis of the analysis of the technology of milling of a given regular pattern of wafer background and peculiarities of the equipment operation it proposed to replace the traditional ball bearing gear in the cutting tool feed drive with a flat combined crank-slide mechanism. Geometrical parameters of the lever transmission mechanism calculated in accordance with the known dimensions of the regular cell pattern and the recommended value of the angle of motion transmission. The analysis of kinematic and power characteristics of the lever mechanism allowed to justify the technical characteristics of the electric motor. In order to realize the required trapezoidal law of the output link speed change, the inverse problem of kinematics solved, numerical values of the instantaneous angular velocity of the input crank and pulse control signals to the servomotor obtained.

привод подачикривошипно-ползунный механизмзакон движения«особые» положениясервоприводсистема управленияfeed drivecrank-slider mechanismmotion lawspecial positionsservo drivecontrol systemReferencesКалуга Е. С. От самолетов к ракетам и космическим кораблям. Москва: Воздушный транспорт, 2001. 232 с. ISBN 5-88821-041-2.Kaluga E. S. Ot samoletov k raketam i kosmicheskim korablyam [From aeroplanes to rockets and spaceships]. Moscow, 2001. 232 p. ISBN 5-88821-041-2. (In Russ.).Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проектирование тонкостенных конструкций. Москва: Машиностроение, 1976. 408 с.Lizin V. T., Pyatkin V. A. Proyektirovaniye tonkostennykh konstruktsiy [Design of Thin-Walled Structures]. Moscow, 1976. 408 p. (In Russ.).Sabir R., Khan A. A., Hasham H. J. [et al.]. A survey of recent Developments in Optimization of Iso-Grid Cylinders // Journal of Space Technology. 2015. Vol. 5, no. 1. P. 103– 115.Sabir R., Khan A. A., Hasham H. J. [et al.]. A survey of recent Developments in Optimization of Iso-Grid Cylinders // Journal of Space Technology. 2015. Vol. 5, no. 1. P. 103–115. (In Engl.).Кривонос Е. В. Исследование деформации обечайки с вафельным подкреплением при вальцевании и разработка метода компенсации отклонений формы // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 4. С. 90–98. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-90-98. EDN: AKTZXB.Krivonos E. V. Issledovaniye deformatsii obechayki s vafel′nym podkrepleniyem pri val′tsevanii i razrabotka metoda kompensatsii otkloneniy formy [Investigation of deformation of shell with waffle reinforcement during rolling and development of method for compensation of deviations forms] // Omskiy Nauchnyy Vestnik. Ser. Aviatsionno-Raketnoye i Energeticheskoye Mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series AviationRocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no 4. P. 90–98. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-90-98. EDN: AKTZXB. (In Russ.).Данченко В. Г., Шевцов Е. И., Гусев В. В. Способ оптимизации массы локально нагруженных отсеков ракет вафельной конструкции // Космическая техника. Ракетное вооружение. 2017. № 2. С. 131–136.Danchenko V. G., Shevtsov E. I., Gusev V. V. Sposob optimizatsii massy lokal′no nagruzhennykh otsekov raket vafel′noy konstruktsii [Method of mass optimisation of locally loaded rocket compartments of waffle design] // Kosmicheskaya tekhnika. Raketnoye vooruzheniye. Space Technology. Rocket Armament. 2017. No. 2. P. 131–136. (In Russ.).Батрутдинов Р. Г., Сысоев С. К. Технология изготовления вафельного фона в обечайках летательных аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2011. Т. 1, № 7. С. 7–8. EDN: TAOUWT.Batrutdinov R. G., Sysoyev S. K. Tekhnologiya izgotovleniya vafel′nogo fona v obechaykakh letatel′nykh apparatov [Technology of manufacturing waffle background in aircraft shells] // Aktual′nyye problemy aviatsii i kosmonavtiki. Actual Problems of Aviation and Cosmonautics. 2011. Vol. 1, no 7. P. 7–8. EDN: TAOUWT. (In Russ.).Михрютин В. В., Шерстобитов М. А. Методы механической обработки листовых обшивок планера самолетов // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. 2012. № 2. С. 279–284. EDN: PPMNXB.Mikhryutin V. V., Sherstobitov M. A. Metody mekhanicheskoy obrabotki listovykh obshivok planera samoletov [Methods of machining of aircraft airframe sheet skins] // Vestnik RGATA imeni P. A. Solov′yeva. Bulletin of P. A. Solovyov RSATU. 2012. No. 2. P. 279–284. EDN: PPMNXB. (In Russ.).Зайцев А. М., Шачнев С. Ю., Грубый С. В. Оптимизация режимов резания при фрезеровании карманов обечайки с вафельной конструкцией // Космическая техника и технологии. 2020. № 3. С. 14–23. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-14-23.Zaytsev A. M., Shachnev S. Yu., Grubyy S. V. Optimizatsiya rezhimov rezaniya pri frezerovanii karmanov obechayki s vafel′noy konstruktsiyey [Optimizing maсhining parameters for milling pockets in waffle-grid shell structures] // Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii. Space Engineering and Technology. 2020. No. 3. P. 14–23. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-14-23. (In Russ.).Jalili N., Wagner J., Dadfarnia M. A piezoelectric driven ratchet actuator mechanism with application to automotive engine valves // Mechatronics. 2003. Vol. 13, no. 8. DOI: 10.1016/S0957-4158(03)00009-6.Jalili N., Wagner J., Dadfarnia M. A piezoelectric driven ratchet actuator mechanism with application to automotive engine valves // Mechatronics. 2003. Vol. 13, no. 8. DOI: 10.1016/S0957-4158(03)00009-6. (In Engl.).Zheng E., Zhou E. X. Modeling and simulation of flexible slider-crank mechanism with clearance for a closed high speed press system // Mechanism and Machine Theory. 2014. Vol. 74. P. 10–30. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2013.11.015.Zheng E., Zhou E. X. Modeling and simulation of flexible slider-crank mechanism with clearance for a closed high speed press system // Mechanism and Machine Theory. 2014. Vol. 74. P. 10–30. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2013.11.015. (In Engl.).Chen Y., Sun Y., Don Y. Investigations on the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism for a highspeed press system that considers joint clearance // Mechanism and Machine Theory. 2017. Vol. 31, no. 1. P. 75–85. DOI: 10.1007/s12206-016-1209-z.Chen Y., Sun Y., Don Y. Investigations on the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism for a highspeed press system that considers joint clearance // Mechanism and Machine Theory. 2017. Vol. 31, no. 1. P. 75–85. DOI: 10.1007/s12206-016-1209-z. (In Engl.).Koser K. A slider crank mechanism based robot arm performance and dynamic analysis // Mechanism and Machine Theory. 2004. Vol. 39, no. 2. P. 169–182. DOI: 10.1016/S0094-114X(03)00112-5.Koser K. A slider crank mechanism based robot arm performance and dynamic analysis // Mechanism and Machine Theory. 2004. Vol. 39, no. 2. P. 169–182. DOI: 10.1016/S0094-114X(03)00112-5. (In Engl.).Дворников Л. Т., Большаков Н. С. Теория кривошипно-ползунных механизмов: моногр. Новокузнецк: НПФ, 2008. 138 с. ISBN 978-5-8441-0282-0.Dvornikov L. T., Bol′shakov N. S. Teoriya krivoshipnopolzunnykh mekhanizmov [Theory of crank-slide mechanisms]. Novokuznetsk, 2008. 138 p. ISBN 978-5-8441-0282-0. (In Russ.).Белов И. В., Семенов Д. В., Белов А. А. Кривошипноползунный механизм с двумя шатунами // Оригинальные исследования. 2023. Т. 13, № 8. С. 20–27.Belov I. V., Semenov D. V., Belov A. A. Krivoshipnopolzunnyy mekhanizm s dvumya shatunami [Crank-slide mechanism with three connecting rods] // Original′nyye issledovaniya. Original Research. 2023. Vol. 13, no. 8. P. 20–27. (In Russ.).Гебель Е. С., Самсонов В. А. Особенности бифуркаций в плоских четырехзвенных механизмах // Восьмые Окуневские чтения: материалы докл. междунар. конф. Санкт-Петербург: Изд-во БГТУ, 2013. C. 109–112.Gebel E. S., Samsonov V. A. Osobennosti bifurkatsiy v ploskikh chetyrekhzvennykh mekhanizmakh [Features of bifurcations in planar four-link mechanisms] // Vos′myye Okunevskiye chteniya. The Eighth Okunev Readings. Saint Petersburg, 2013. P. 109–112. (In Russ.).

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