Вибрации при резании металлов

Одной из проблем механической обработки материалов являются колебания в системе СПИД.

Колебания влияют на следующие процессы:

- интенсивность износа инструмента;

- дробление стружки (до 300 Гц и свыше 18000 Гц – ультразвуковая обработка);

- качество обработанной поверхности;

- изменение температур на контактных поверхностях инструмента, детали, стружки;

- точность обработки и долговечность узлов станка.

Возникновение вибраций при резании характеризуется возмущающими силами и свойствами упругой системы. Соотношение между этими параметрами определяют возможность возникновения вибраций, их амплитуду и частоту.

Возмущающие силы в зависимости от физической сущности механизма возбуждения вибраций, действующих на СПИД, создают колебания различных видов и, прежде всего, вынуждения колебания и автоколебания.

Вынужденные колебания возникают вследствие наличия в системе СПИД внешней периодически возбуждающей силы.

Согласно В.Н. Подураеву вынужденные колебания делятся на две группы по природе возникновения:

а) переменные силы, обусловленные процессом резания (неравномерный припуск, разнотвердость поверхностного слоя, прерывистые поверхности при обточке торца зубчатого колеса и др.);

б) переменные силы в системе СПИД вне зоны резания (дефекты передач в станке, погрешности в изготовлении зубчатых колес, сшивка ремней, дисбаланс заготовок, приспособлений, вращающихся деталей).

Согласно исследованиям И. Аморега и Р. Брауна отличительной чертой вибраций при резании является их комплексность, т.е. могут сочетаться несколько видов колебаний:

- свободная вибрация (собственные колебания) возникают при ударном воздействии, они затухают вследствие демпфирующего действия станка;

- вынужденные колебания возникают от постореннего источника (дисбаланс привода станка,

элементная стружка, срывы нароста…).

Автоколебания также возникают непосредственно при обработке резанием.

Суммируя различные исследования причин возникновения колебаний, для процесса резания можно выделить следующие факторы: элементный характер стружки; неустойчивый характер нароста; наличие падающего участка в силе трения на кривой ее зависимости от скорости резания; изменение передних и задних углов в процессе резания; работа инструмента по волнистому следу; запаздывание изменения силы резания относительно изменения сечения среза и др.

По одной из теорий И. Тлусты, М. Полачек, Л. Шпачевацкий и, независимо от них, профессор В. Кудинов предложили объяснение механизму возбуждения автоколебаний в процессе резания. Первичный механизм возбуждения автоколебаний в процессе резания связан с координатной связью в системе с несколькими степенями свободы.

Рисунок. Траектория относительного движения инструмента и заготовки при автоколебаниях и диаграмма работы сил резания.

Каждый элемент системы СПИД имеет множество степеней свободы. Возмущающие силы колебательных процессов при резке приводят к тому, что режущая кромка описывает в плоскости замкнутую кривую в виде эллипса. При этом на обрабатываемой поверхности образуется волнистый след, приводящий к изменению толщины среза и, соответственно, к периодическому изменению силы резания, что поддерживает колебательный процесс.

В положениях 1-2-3 направление колебаний совпадает с силой P_z, а в положениях 4-5-6 – оно противоположно.

На схеме В. Боброва расположение внешних R и внутренних сил, приложенных к стружке, соответствует ширине площади контакта С на передней поверхности, т.е. имеем постоянную силу резания. Зона вторичной деформации С₁ формируется с отставанием от С в условиях нарушения равновесия сил.

Рисунок. Схема возбуждения автоколебаний при резании

Дата добавления: 2015-07-26