ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Причины возникновения в станках колебательных процессов из "Расчет и конструирование металлорежущих станков Издание 2 " Возникновение в станках быстро протекающих колебательных процессов (вибраций) отрицательно влияет на точность и чистоту поверхности обрабатываемых деталей, а также нередко уменьшает долговечность станка и снижает его технологические возможности. Поэтому повышение показателей динамического качества станков и в первую очередь их виброустойчивости является весьма актуальной задачей. [c.75] Рассмотрим основные причины, вызывающие колебания в станках, и соответственно виды колебательных процессов (рис. 29). [c.75] Интенсивность колебаний, вызванных возмущающей силой, зависит не только от ее величины, но и от степени совпадения ее частоты (числа колебаний в секунду) с частотой собственных колебаний узлов и деталей станка, т. е. от явления резонанса. Поскольку каждый станок имеет большое число узлов и деталей, то возможны более интенсивные колебания тех или иных элементов с различными частотами в зависимости от их попадания в зону резонанса. Вынужденные колебания — наиболее изученный и объяснимый вид колебаний. [c.75] Устранение причин, вызывающих колебания, зависит в первую очередь от уменьшения величин возмущающих сил (балансировки деталей, повышения точности передач), а также от повышения жесткости станков. [c.76] Р — сила, которая выводит систему из состояния равновесия. [c.77] Из этих зависимостей видно, что чем больше жесткость системы (т. е. чем меньше г/ ), тем выше частота собственных колебаний и меньше амплитуда колебаний. [c.77] Технический расчет на виброустойчивость при вынужденных колебаниях представляет собой обычно определение частоты собственных колебаний и сравнение ее с частотой возмущающей силы /g. Явление резонанса не наблюдается, если /с= =/в и отличается не менее чем на 20—30%. Лучше, если /с /в. так как в этом случае при пусках и остановках станка нет прохождения через зону резонанса. [c.77] Например, наличие шпоночной канавки на валу или переменная жесткость подшипников качения (рис. 29, ваг) приводит к тому, что при вращении вала, если внешняя сила постоянна, прогибы вала периодически изменяются. Колебания вследствие переменной жесткости по своему характеру и методам борьбы с ними близки к вынужденным колебаниям. [c.77] Автоколебания (незатухающие самоподдерживающиеся колебания) характеризуются тем, что силы, поддерживающие колебания системы, возникают в самом процессе колебаний. В случае вынужденных колебаний причина колебаний — периодическая возмущающая сила — существует независимо оттого, вызывает она вибрации станка или нет. При автоколебательном процессе в случае прекращения колебаний системы перестают существовать и переменные силы, поддерживающие эти колебания. [c.78] В станках автоколебания, вызванные процессом резания, проявляются при работе с высокими режимами обработки на токарных, расточных, шлифовальных и других станках. [c.78] Автоколебания поддерлсиваются вследствие дискретности процесса резания, при котором происходят периодические изменения сил резания, а также сил трения между обрабатываемым металлом и инструментом. [c.78] Колебания происходят с частотой какого-либо звена станка. Это звено называется доминирующим. Так, например, доминирующим звеном при фрезеровании является узел фреза — шпиндель. [c.78] На малых скоростях резания автоколебания носят релаксационный (негармонический) характер на обработанной поверхности образуются волны с переменным шагом полуволн. [c.78] Существует целый ряд теорий, объясняющих происхождение сил, поддерживающих автоколебательный процесс. Проф. А. И. Каширин [25] считал, что автоколебательный процесс связан с силами трения между резцом и стружкой, которые уменьшаются при увеличении скорости резания. [c.78] Другие исследователи установили, что колебания могут возникать в том диапазоне скоростей, где с увеличением скорости резания силы резания и трения увеличиваются. [c.78] Соколовский [79] объяснил причину автоколебаний изменением силы резания, которая возрастает при отходе резца от детали (отталкивающий эффект, поддерживающий колебания) и уменьшается, когда резец врезается в менее прочные ненакле-панные слои металла. Здесь имеется противоречие с известными фактами, согласно которым сила резания наклепанного металла меньше силы резания ненаклепанного. Кроме того, указанные теории рассматривают колебание с одной степенью свободы, в то время как автоколебательный процесс, как правило, осуществляется в системе, имеющей минимум две степени свободы. [c.78] Кудинов [35], а также чешские исследователи И. Тлустый и Л. Шпачек [82] развивают теорию координатной связи. Согласно этой теории траектория движения резца относительно заготовки имеет форму эллипса (рис. 29, д). На участке движения резца ВпА сила резания Р производит положительную работу, так как ее направление почти совпадает с направлением движения резца. На пути АтВ сила резания производит отрицательную работу, так как теперь ее направление противоположно направлению движения резца. [c.78] Так как на пути ВпА сила резания в среднем больше, чем на пути АтВ, за счет большей глубины резания, то в течение одного полного цикла колебания эта сила совершает некоторую положительную работу, поддерживающую колебательный процесс. Эта работа характеризуется площадью диаграммы сила резания — перемещение резца. Если траектория движения резца является прямой линией (одна степень свободы), то работа силы в течение одного цикла колебания равна нулю и процесс колебания является затухающим. Регулируя направление максимальной жесткости (минимальной податливости) системы и направление действия силы резания, можно осуществить виброустойчивый процесс резания. [c.79] Если система станка устойчива, то фазовый сдвиг между колебаниями резца в радиальном и тангенциальном направлениях таков, что движение вершины резца по эллипсу происходит в обратном направлении, чем на рис. 29, д. В этом случае силы резания оказывают демпфирующее действие на колебания и площадь эллипса характеризует величину рассеиваемой энергии. [c.79] Вернуться к основной статье