Тема 5. Вибрации при резании

В процессе резания в системе станок - приспособление – инструмент-

заготовка при определенных условиях возникают вибрации – периодические

колебательные движения. Вибрации оказывают вредное действие на процесс

резания: возникает утомляющий работающих шум; ухудшается качество

обработанной поверхности; значительно снижается стойкость инструмента,

особенно твердосплавного и керамического; знакопеременные и динамические

нагрузки снижают долговечность станка.

Вибрации при резании бывают двух видов: вынужденные, когда

причиной колебаний является внешняя, периодически действующая

возмущающая сила, и автоколебания, совершающиеся без действия внешней,

периодически возмущающей силы.

Причинами вынужденных колебаний системы станок - приспособление –

инструмент - заготовка являются: неуравновешенность вращающихся частей

станка, приспособлений, заготовки и инструмента; дефекты передач станков;

колебания близкорасположенного оборудования; условия резания (например,

неравномерный припуск, прерывистый характер резания и т. д.). Для борьбы с

вынужденными колебаниями необходимо устранить действие периодической

возмущающей силы- Это достигается балансировкой инструмента и заготовок,

виброизоляцией фундаментов станков, применением виброопор и др.

Наибольшие затруднения при резании вызывают самовозбуждающиеся

колебания — автоколебания. Отличительной особенностью колебаний этого

вида является отсутствие внешней периодической силы, возмущающей

колебательный процесс. Частота колебаний при этом, как правило, не зависит от

режимов резания, геометрических параметров инструмента и равна одной из

собственных частот системы.

Колебательная система станка имеет бесконечное число степеней свободы.

Обычно в станке рассматривают две основные колебательные системы: систему

заготовки (шпиндель, заготовка, пиноль и др.) и систему инструмента

(инструмент, резцедержатель, суппорт и др.). Эти системы имеют различные

частоты собственных колебаний, поэтому автоколебания при резании делят на два

вида: низкочастотные (50—300 Гц) колебания заготовки, вызывающие звук

низкого тона и создающие грубую волнистость обработанной поверхности, и

высокочастотные (800—3000 Гц) колебания инструмента, вызывающие звук

высокого тона и создающие мелкую рябь на обработанной поверхности.

Основными причинами автоколебаний являются: образование нароста на

передней поверхности инструмента и периодический его срыв, приводящие к

изменению силы резания; неравномерное упрочнение срезаемого слоя по его

толщине; вибрационные следы предыдущих рабочих ходов; изменение сил

трения на рабочих поверхностях инструмента; изменение площади поперечного

сечения срезаемого слоя и т. д.

Основные способы повышения устойчивости процесса резания,

устраняющие или уменьшающие вибрации, следующие: правильный выбор

параметров системы станок— приспособление—инструмент—заготовка

(жесткости, сопротивления и массы); рациональная схема обработки,

обеспечивающая максимальное использование динамических свойств

системы; правильный выбор геометрических элементов режущей части

инструмента и режимов резания, сводящих к минимуму действия

возмущающих сил; улучшение динамических свойств технологической

системы за счет применения специальных конструкций виброгасителей.

Виброустойчивость системы станок – приспособление - инструмент-

заготовка в значительной степени определяется рассеянием энергии в местах

контакта сопрягаемых деталей, в масляных слоях, а также в материале деталей

(внутреннее трение). Уменьшить колебания можно путем применения

демпфирующих прокладок, манжет, материалов с большим декрементом

затухания (с высоким коэффициентом внутреннего трения).

Жесткость системы может быть повышена применением коротких и

жестких инструментов, жестких приспособлений для крепления заготовки и

инструмента, люнетов, уменьшением зазоров суппорта и др.

Уменьшение массы колебательных систем станка увеличивает

собственную частоту колебаний и снижает интенсивность вибраций. Этого

можно достигнуть применением легких патронов, уменьшением вылета

инструмента.

Использование наиболее рациональных схем обработки обеспечивает

максимальное использование динамических свойств системы станок-

приспособление - инструмент - заготовка. Так, например, вертикально-фрезерная

обработка обеспечивает более спокойное резание, чем горизонтально-фрезерная;

при работе перевернутым резцом на токарном станке обеспечивается

одностороннее удаление неизбежных зазоров в результате совпадения

направления действия силы резания и силы тяжести заготовки.

Наиболее простым способом уменьшения интенсивности вибраций является

правильный выбор геометрических параметров инструмента (углов φ, φ', γ, α и

радиуса вершины rв) и режимов резания. С увеличением скорости резания

вибрации сначала возрастают, а затем уменьшаются. Существует «критическая

зона» скоростей резания, в пределах которой автоколебания усиливаются

(рис.27).

Ширина этой зоны зависит от жесткости системы и площади сечения

срезаемого слоя, геометрических параметров инструмента и свойств

обрабатываемого материала. С увеличением подачи автоколебания

уменьшаются. Рост глубины резания ведет к увеличению ширины срезаемого

слоя и значительному усилению вибраций. Такое же влияние оказывает

уменьшение главного угла в плане φ.

Рис.27. Зависимость амплитуды колебаний от скорости резания v и

переднего угла γ.

Значительное влияние на интенсивность вибраций оказывает передний

угол γ, увеличение которого снижает колебания. Поэтому выбирать

геометрические параметры инструмента нужно в зависимости не только от

физико-механических свойств обрабатываемого материала, но и от жесткости

системы станок - приспособление – инструмент- заготовка.

Для гашения низкочастотных вибраций при черновом и получисто-вом

точении используют виброгасящую фаску Д.И. Рыжкова (рис.28).

Рис.28.Динамический виброгаситель конструкции Д.И. Рыжкова

Действие этой фаски подобно работе изношенным резцом приводит к

значительному повышению внешнего трения и снижению интенсивности

вибраций.

Повысить виброустойчивость резания можно применением виброгасителей

специальных конструкций: фрикционных, гидравлических, динамических,

ударных и др.

На рис. 29 показан виброгаситель конструкции Д. И. Рыжкова,

работающий по принципу динамического поглотителя колебаний. Его

используют для гашения вибраций резца. Болт 4 виброгасителя

ввинчивают в стержень резца. При соударении втулки 3 и корпуса 1,

между которыми установлена пружина 2, возникают вибрации,

противоположные по фазе колебаниям резца.

Рис. 29.Динамический виброгаситель конструкции Д.И. Рыжкова

Рис.30 Виброгаситель для расточных борштанг

На рис. 30. показан виброгаситель для расточных бор-штанг 1 с

прокладками 2 из микропористой резины.

При резании труднообрабатываемых материалов средством для

гашения вибраций может служить наложение на инструмент звуковых и

ультразвуковых искусственных колебаний (вибраций) инструмента в

направлении движения подачи (осевых колебаний) или в направлении ско-

рости резания (тангенциальных колебаний).

Дата добавления: 2014-12-17