omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2026-199-16-22DFRAWDomna-446Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGСпособ повышения жесткости и виброустойчивости нежестких концевых фрез при обработке щелевых пазовMethod of increasing the rigidity and vibration resistance of non-rigid end mills in processing slot grooveshttps://orcid.org/0000-0002-7703-9283ПоповА. Ю.PopovA. Yu.

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

кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

644050; пр. Мира, 11; Омск

AuthorID (РИНЦ): 175664, AuthorID (SCOPUS): 25228115700

Andrey Yur’yevich Popov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department

Metal-cutting Machines and Tools Department

644050; Mira Ave., 11; Omsk

AuthorID (RSCI): 175664, AuthorID (SCOPUS): 25228115700

popov_a_u@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8485-1862КривоносЕ. В.KrivonosE. V.

Евгений Викторович Кривонос, кандидат технических наук, доцент

кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

644050; пр. Мира, 11; Омск

AuthorID (РИНЦ): 762266, AuthorID (SCOPUS): 57193400934, ResearcherID: ABC-7096-2020

Evgeniy Viktorovich Krivonos, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Metal-cutting Machines and Tools Department

644050; Mira Ave., 11; Omsk

AuthorID (RSCI): 762266, AuthorID (SCOPUS): 57193400934, ResearcherID: ABC-7096-2020

evgenii.krivonos@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-1539-053XМинибаевЭ. Р.MinibaevE. R.

Эрик Ренатович Минибаев, инженер

учебный научно-производственный центр «Современные технологии машиностроения»

644050; пр. Мира, 11; Омск

AuthorID (РИНЦ): 1315196

Erik Renatovich Minibaev, Engineer

Educational, Scientific, and Production Center “Modern Mechanical Engineering Technologies”

644050; Mira Ave., 11; Omsk

AuthorID (RSCI): 1315196

erikminibaev@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-5427-7337АллагуловВ. Р.AllagulovV. R.

Вадим Ришатович Аллагулов, инженер

учебный научно-производственный центр «Современные технологии машиностроения»

644050; пр. Мира, 11; Омск

AuthorID (РИНЦ): 1263210

Vadim Rishatovich Allagulov, Engineer

Educational, Scientific, and Production Center “Modern Mechanical Engineering Technologies”

644050; Mira Ave., 11; Omsk

AuthorID (RSCI): 1263210

vadim_allagul@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202611102026031622Copyright © Попов А.Ю., Кривонос Е.В., Минибаев Э.Р., Аллагулов В.Р., 20262026Попов А.Ю., Кривонос Е.В., Минибаев Э.Р., Аллагулов В.Р.Popov A.Y., Krivonos E.V., Minibaev E.R., Allagulov V.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/446

   В статье рассмотрена актуальная проблема обработки глубоких щелевых пазов, полостей малой ширины ≤ 3 мм в деталях аэрокосмического и энергетического машиностроения.

   Основное внимание уделено недостаточной жесткости и склонности к вибрациям удлиненных цельных твердосплавных фрез с соотношением длины к диаметру L/D ˃ 5.

   Вибрации приводят к ухудшению качества поверхности, повышенному износу режущих кромок, образованию биений и к поломке инструмента. Для решения этой проблемы проанализированы существующие подходы. Предложен новый способ увеличения жёсткости, заключающийся в использовании поддерживающего люнета. Люнет служит дополнительной опорой для фрезы, значительно повышая её жесткость и демпфируя колебания. Приводятся результаты математического моделирования статической жесткости инструментальной системы. Одним из ключевых преимуществ нового подхода является его технологическая простота и возможность интеграции в существующие станки с числовым программным управлением без кардинальной модернизации оборудования. В отличие от активных систем указанный метод не требует сложной электроники или программного обеспечения. Метод позволяет вести обработку глубоких и узких пазов даже при неблагоприятном соотношении их ширины к глубине, что прежде считалось труднореализуемой задачей. Возросшая жесткость системы, в свою очередь, положительно сказывается на износостойкости инструмента и дает возможность увеличить режимы резания, тем самым наращивая общую производительность. Наибольший потенциал метод раскрывает при работе с жаропрочными сплавами, где классическое фрезерование наталкивается на жесткие технологические ограничения.

   The article addresses the pressing challenge of machining deep slot grooves and narrow cavities with widths of 3 mm or less in components used in aerospace and power engineering.

   Particular emphasis is placed on the insufficient rigidity and tendency to vibrate in elongated solid carbide end mills, especially when the length-to-diameter ratio L/D ˃ 5.

   These vibrations degrade surface quality, accelerate cutting edge wear, induce runout and often lead to tool failure. The authors analyse existing solutions and propose a new method to enhance tool rigidity: the use of a supporting steady rest (steady). This device acts as an additional support for the end mill, significantly increasing its stiffness and suppressing vibrations. The authors present results from mathematical modeling of the static rigidity of the tool system. One of the key advantages of this method is its technological simplicity and the ability to integrate it into existing CNC machines without major equipment overhaul. Unlike active damping systems, the method does not require complex electronics or specialized software. It enables the machining of deep, narrow slots even under highly unfavorable width-to-depth ratios-a task previously considered technologically challenging. Moreover, increased rigidity improves tool life and allows for higher cutting parameters, boosting productivity. This approach is particularly promising for machining parts made from heat-resistant alloys, where conventional milling techniques face significant limitations.

малоразмерная фрезанежёсткий инструментщелевой пазвибрациижесткостьподдерживающая стойкаsmall-diameter end milllow-rigidity toolnarrow slotvibrationsstiffnesssupporting steady restАвторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах и методахThe authors have no financial interest in the presented materials or methodsReferencesAltintas Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. 2<sup>nd</sup> ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. doi: 10.1017/CBO9780511843723.Altintas Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design. 2<sup>nd</sup> ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. doi: 10.1017/CBO9780511843723.Denkena B., Bergmann B., Teige C. Frictionally damped tool holder for long projection cutting tools. Production Engineering. 2018;6(12):715–722. doi: 10.1007/s11740-018-0847-7. EDN: DQWRMX.Denkena B., Bergmann B., Teige C. Frictionally damped tool holder for long projection cutting tools. Production Engineering. 2018;6(12):715–722. doi: 10.1007/s11740-018-0847-7. EDN: DQWRMX.Постнов В. В., Малахов Е. Н., Старовойтов С. В. [и др.]. Расчетно-экспериментальный метод компенсации погрешности механообработки лопаток газотурбинных двигателей на мехатронном станочном оборудовании // Вестник УГАТУ. 2012. Т. 16, № 7 (52). С. 145–153. EDN: PWZUHP.Postnov V. V., Malakhov E. N., Starovoitov S. V. [et al.]. Computational and experimental method of machining blades for gas turbine engines on mechatronic machines with error compensation. Vestnik UGATU. 2012;7(52):145–153. EDN: PWZUHP. (In Russ.).Трусов В. Н., Скуратов Д. Л., Законов О. И. [и др.]. Влияние режимов резания на температуру при фрезеровании заготовок из труднообрабатываемых материалов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2011. Т. 15, № 3 (43). С. 85–91. EDN: OWXVSV.Trusov V. N., Skuratov D. L., Zakonov О. I. [et al.]. Calculation of cutting temperature at milling of purveyances from hard-processing materials. Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2011;3(43):85–91. EDN: OWXVSV. (In Russ.).Кочина Т. Б. Износ керамических инструментальных материалов при высокоскоростном резании жаропрочных никелевых сплавов // Металлообработка. 2013. № 2. С. 7–13. EDN: REKXIR.Kothina T. B. Wear of ceramic tool materials in the high-speed cutting of refractory nickel alloys. Metalworking. 2013;2:7–13. EDN: REKXIR. (In Russ.).Smith S., Tlusty J. Current trends in high-speed machining. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1997;119(4B):664–666. doi: 10.1115/1.2836806.Smith S., Tlusty J. Current trends in high-speed machining. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1997;119(4B):664–666. doi: 10.1115/1.2836806.Munoa J., Beudaert X., Dombovari Z. [et al.]. Chatter suppression techniques in metal cutting. CIRP Annals — Manufacturing Technology. 2016;65(2):785–808. doi: 10.1016/j.cirp.2016.06.004. EDN: VJNJHW.Munoa J., Beudaert X., Dombovari Z. [et al.]. Chatter suppression techniques in metal cutting. CIRP Annals — Manufacturing Technology. 2016;65(2):785–808. doi: 10.1016/j.cirp.2016.06.004. EDN: VJNJHW.Schmidt J., Tritschler H. Micro Milling of Hardened Steel. Microsystem Technologies. 2004;10(3):167–174. doi: 10.1007/s00542-003-0346-3. EDN: FMEKUB.Schmidt J., Tritschler H. Micro Milling of Hardened Steel. Microsystem Technologies. 2004;10(3):167–174. doi: 10.1007/s00542-003-0346-3. EDN: FMEKUB.Bari P., Kilic Z. M., Law M. Rapid stability analysis of variable pitch and helix end mills using a non-iterative multi-frequency solution. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2023;13(237): 2109–2118. doi: 10.1177/09544054221126967. EDN: ONUWRR.Bari P., Kilic Z. M., Law M. Rapid stability analysis of variable pitch and helix end mills using a non-iterative multi-frequency solution. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2023;13(237): 2109–2118. doi: 10.1177/09544054221126967. EDN: ONUWRR.Pleta A., Nithyanand G., Akhavan Niaki F. [et al.]. Identification of optimal machining parameters in trochoidal milling of Inconel 718 for minimal force and tool wear and investigation of corresponding effects on machining affected zone depth. Manufacturing Letters. 2019;21:28–33. doi: 10.1016/j.mfglet.2019.05.003.Pleta A., Nithyanand G., Akhavan Niaki F. [et al.]. Identification of optimal machining parameters in trochoidal milling of Inconel 718 for minimal force and tool wear and investigation of corresponding effects on machining affected zone depth. Manufacturing Letters. 2019;21:28–33. doi: 10.1016/j.mfglet.2019.05.003.Ярославцев В. М. Особенности процессов стружкообразования и формирования поверхностного слоя детали при обработке газотермических покрытий // Наука и образование : научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2016. № 6. С. 18–29. doi: 10.7463/0616.0842354. EDN: WISNIF.Yaroslavtsev V. M. Osobennosti protsessov struzhkoobrazovaniya i formirovaniya poverkhnostnogo sloya detali pri obrabotke gazotermicheskikh pokrytiy. Nauka i Obrazovaniye. 2016;6:18–29. doi: 10.7463/0616.0842354. EDN: WISNIF. (In Russ.).Cook R. D., Malkus D. S., Plesha M. E., Witt R. J. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. 4<sup>th</sup> ed. John Wiley & Sons, 2001. 736 p. ISBN 978-0-471-35605-9.Cook R. D., Malkus D. S., Plesha M. E., Witt R. J. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. 4<sup>th</sup> ed. John Wiley & Sons, 2001. 736 p. ISBN 978-0-471-35605-9.Kıvanç E. B., Budak E. Structural modeling of end mills for form error and stability analysis. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2004;11(44):1151–1161.Kıvanç E. B., Budak E. Structural modeling of end mills for form error and stability analysis. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2004;11(44):1151–1161.Wang Le., Yue C., Liu X. [et al.]. Conventional and micro scale finite element modeling for metal cutting process : A review. Chinese Journal of Aeronautics. 2024;2(37):199–232. doi: 10.1016/j.cja.2023.03.004. EDN: PZBCKM.Wang Le., Yue C., Liu X. [et al.]. Conventional and micro scale finite element modeling for metal cutting process : A review. Chinese Journal of Aeronautics. 2024;2(37):199–232. doi: 10.1016/j.cja.2023.03.004. EDN: PZBCKM.Пономарев Б. Б., Нгуен Хьен Ши. Исследования динамики процесса пятикоординатного концевого фрезерования // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019. Т. 4, № 7. С. 108–120. doi: 10.34031/article_5d35d0b677dc74.96046396.Ponomarev B., Hien Nguyen. Dynamics of five-axis end milling process. Bulletin of Belgorod State Technological University Named After. V. G. Shukhov. 2019;4(7);108–120. doi: 10.34031/article_5d35d0b677dc74.96046396. (In Russ.).

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