Вибрации

Важной проблемой обработки реза­нием, имеющей большое практическое значение, является вибрация техноло­гической системы станка (СПИД). Вибрация влияет на качество обрабо­танной поверхности, увеличивает интенсивность износа инструмента я яв­ляется причиной возникновения зву­ков высокой частоты.

Механизм вибрации при резании. Виды вибраций. Металлорежущий ста­нок, режущий инструмент и обрабаты­ваемая деталь — это система, имею­щая большое число степеней свободы. Станок можно представить схемати­чески в виде системы с большим коли­чеством пружин 1, 2,.... 9 (рис. 17),

Рис. 17. Схема вибраций станка: а — изменение толщины среза, 6 — модель упругой системы станка

каждая из которых обладает опреде­ленной жесткостью, демпфирующими (гасящими) свойствами и собствен­ными частотами колебаний.

Пружины 1, 2, 3,.... 9 уравновеши­вают силу резания, возникающую между резцом 10 и заготовкой 11. Им­пульс силы, вызывающей вибрацию, вызывает колебательные движения пружин и исключительное перемеще­ние резца 10 и заготовки 11. Направ­ление перемещения этого движения будет зависеть от вибрирующих эле­ментов (пружин) данной системы.

При обработке точением в динами­ческих условиях возможны следующие разновидности вибраций: вибрации державки резца, вибрации резцедер­жателя или суппорта, вибрации заго­товки между центрами, крутильные колебания заготовки и шпинделя, виб­рации центров и пиноли, передней или задней бабки, вибрации станины. Виб­рации могут происходить в вертикаль­ной и горизонтальной плоскостях, па­раллельно или перпендикулярно направлению подачи. Таким образом, за­готовка или резец могут перемещаться относительно друг друга в любом направлении.

Возникновение вибраций в установившемся режиме резания может вызвать различные отклонения: скорости резания (колебания скорости резания), подачи, глубины срезаемого слоя, изменение положения режущей грани резца к поверхности заготовки (т. е. изменение переднего и заднего углов и углов наклона режущей кром­ки). Из теории резания известно, что любое из этих отклонений может изменить силы, действующие на вершину резца. В зависимости от направления и фазы отклонений (совпадающие или не совпадающие по времени с другими колебаниями) эти силы могут гасить возникшие колебания или воз­буждать вибрации.

Обычно система, выведенная импульсом силы из равновесия, вибриру­ет с затуханием. Такой вид колебаний, обычно не достигающих резонансной частоты технологической системы станка, называется вынужденны­ми колебаниями. Однако если изменение сил резания значительно и не поддается.гасящему (демпфирующе­му) эффекту системы, они могут вызвать рост амплитуды колебаний: устанавливается равновесие возбуждающих и гасящих сил системы, вибрации. не затухают — этот вид самовозбуждаемых вибраций называется автоколебаниями. Особенностью само­возбуждаемых вибраций является то, что их частота совпадает с одной из собственных частот технологической системы станка.

Вынужденные колебания возника­ют из-за периодичности действия воз­мущающей силы. Причинами их появ­ления могут быть удары, прерывистый характер процесса резания, дисбаланс вращающих частей технологической системы станка, дефекты в механиз­мах станка, неравномерность припуска на обработку, передача вибраций станку от других машин, молотов, прессов, работающих поблизости. Уст­ранение вынужденных колебаний не является большой трудностью. Найти источник вибраций, как правило, не­трудно. После его устранения вибра­ции прекращаются.

Автоколебание — явление более сложное и часто возникающее при ре­зании металлов. Самовозбуждаемые вибрации (автоколебания) возникают при отсутствии видимых внешних причин. Причины автоколебаний кроются в самом процессе резания. Они созда­ют переменную силу и поддерживают автоколебательный процесс. Основны­ми причинами появления автоколеба­ний являются непостоянство нароста, приводящее к изменению в процессе резания угла резания и площади по­перечного сечения среза, непостоянст­во силы трения сходящей стружки о резец и резца о заготовку, неравно­мерное упрочнение срезаемого слоя по его толщине.

Исследования, проведенные А. И. Кашириным, А. П. Соколовским, Л. К. Кучмой и другими, показали, что частота колебаний не зависит ни от режима резания, ни от геометрии инструмента, а определяется жест­костью и массой технологической сис­темы станка, возрастая при увеличе­нии жесткости и уменьшении массы. В то же время амплитуда колебаний в отличие от частоты зависит не толь­ко от массы и жесткости колебатель­ной системы, но и от рода обрабаты­ваемого материала, геометрических параметров инструмента и режима ре­зания. Постоянство частоты и пере­менность амплитуды колебаний при изменении условий резания свиде­тельствует об автоколебательной при­роде колебаний.