Вибрации, возникающие при резании металлов

   ВИБРАЦИИ,  ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

В процессе резания могут иметь место колебания системы станок — деталь — инструмент, совершающиеся с той или иной частотой. Такие колебания называют вибрациями.

Вибрации увеличивают износ инструмента, особенно из твердых сплавов и минералокерамических материалов, ухудшают чистоту обработанной поверхности и уменьшают стойкость инструментов увеличивают износ металлорежущих станков. Особенно остро вопрос о вибрациях встал в связи с развитием скоростного резания. В настоящее время имеется ряд исследовательских работ, направ ленных на разрешение причин возникновения вибраций систем в процессе резания, тем не менее ввиду сложности вопроса эти причины во многих случаях остаются невыясненным и борьба с.вибрациями в практических условиях зачастую происходит еще ощупью. Наблюдения показывают, что на вибрации например при точении, влияют следующие основные факторы:

1)  режимы  резания;

2)  геометрия инструмента;

3)  жесткость системы станок — деталь — инструмент;

4)  жесткость приспособлений;

5)  гашение и демпфирование.

Колебания или вибрации можно разделить на а) вынужденные когда причиной колебания является периодически действующая возмущающая сила, и б) автоколебания, совершающиеся без действия периодической возмущающей силы. В процессе резания могу иметь место оба вида колебательных движений; тем не менее основным видом являются автоколебания.

Возмущающими  силами   вынужденных   колебаний  могут  быть

1)  неуравновешенные части станка, например шкивы,  зубчаты колеса, валы;

2)  дефекты в передаточных звеньях станка, вызывающие периодические удары;

3)  вибрации близко расположенного оборудования;

4)  неуравновешенность (дисбаланс) обрабатываемой детали;

5)  неуравновешенность   вращающегося   инструмента   (резцовых головок;  фрез,   шлифовальных  кругов);

6)  неравномерный  припуск   на  обработку  детали;

7)  наличие элементной стружки;

8)  наличие стружки надлома.

Таким образом, вынужденные колебания могут быть вызван или дисбалансом вращающихся частей станка, приспособлений обрабатываемой детали и инструментов, или неисправностью передаточных механизмов станка, или, наконец, самим процессом резания. Но это не значит, что при наличии упомянутых причин будут обязательно иметь место вибрации.

Автоколебательной системой можно назвать такую, когда при наличии какого-либо сопротивления могут возникнуть периодические процессы при отсутствии периодической возмущающей силы,

причем амплитуда этих процессов при установившемся режиме не зависит вообще от начальных условий.

Причинами  автоколебаний системы в процессе резания, как показывают результаты имеющихся исследований, являются:          

1) изменения  сил  трения  на поверхности от скорости резания и продолжительности работы;

2)  изменения сил резания за счет изменения пластичности обра­батываемого металла;

3)  появление   переменной   силы   резания   за   счет   срыва   на­ростов;

4)  следы вибраций от предыдущего прохода, вызывающие изме­нение сил резания при последующем проходе;

5)  упругие деформации обрабатываемой детали и упругие дефор­мации резца, вызывающие изменение сил резания;

6)  зазоры в подшипниках шпинделя, зазоры в суппорте и направ­ляющих, неплотность стыковых соединений, вызывающие изменение состояния системы в процессе работы.

На основании экспериментальных данных можно устано­вить, что с возрастанием скорости резания амплитуда колебания сначала растет, а затем падает.

Те же эксперименты показывают, что при увеличении глубины резания (ширины резания) амплитуда увеличивается.

При увеличении толщины стружки амплитуда уменьшается.

В настоящее время советскими исследователями накоплен зна­чительный экспериментальный материал, позволяющий судить о влиянии геометрии инструмента и жесткости системы на вибрации, а также дающий возможность решать ряд вопросов, связанных с кон­струированием и эксплуатацией металлорежущих станков.