Влияние вибраций технологической системы на формирование рельефа поверхности

В процессе резания возникают вибрации технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь. Различают два вида вибраций: вынужденные и автоколебания. Причиной вынужден­ных вибраций являются: дефекты отдельных механизмов станка (пло­хая балансировка, чрезмерные зазоры в подшипниках и др.), приводящие к динамической неуравновешенности быстро вращающихся деталей, режу­щего инструмента или обрабатываемой заготовки; колебания припуска и твёрдости по длине обрабатываемой поверхности, вызывающие колебания сил и моментов сил резания; изменение жёсткости по пути резания; колебания других работающих машин и оборудования и пр.

Автоколебания - это самовозбуждающиеся колебания си­стемы, поддерживаемые постоянно действующим источником энергии. Ав­токолебания связывают с колебаниями инструмента, вызываемыми перио­дически изменяющимися условиями трения или резания, с периодическим упрочнением (наклёпом) срезаемого слоя и другими причинами. Меха­низм их возникновения изучен недостаточно. Автоколебания иногда су­ществуют при отсутствии внешней видимой возбуждающей силы. Их амп­литуда и частота, а также моменты возникновения и исчезновения за­висят от свойств колеблющейся системы. Вынужденные колебания хара­ктеризуются амплитудой и частотой, зависящими от амплитуды и часто­ты воздействующих сил и от параметров колеблющейся технологической системы.

Параметры колеблющейся системы определяются, в частности, часто­той собственных колебаний, которая в общем случае выражается следу­ющими зависимостями:

или ,

где _кр - критическая частота собственных колебаний, с^-1

К - угловая или линейная жёсткость системы, Н/м.

J - момент инерции колеблющихся элементов, кг-м² ;

М - колеблю­щаяся масса, кг.

В процессе работы колебания разной частоты и амплитуды (различ­ных гармоник) накладываются друг на друга и могут вызывать резо­нанс технологической системы.

Вибрации режущего инструмента периодически изменяют положение режущей кромки относительно обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины. Возникает дополнительный источник увели­чения шероховатости обрабатываемой поверхности. Шероховатость полу­чается тем значительнее, чем больше удвоенная амплитуда колебания лезвия инструмента относительно поверхности заготовки. Большое вли­яние на шероховатость оказывают жёсткость и общее состояние станка, а также жёсткость станочного приспособления, режущего и вспомога­тельного инструментов.

В зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются форма и размеры неровностей. При относительно низкой частоте и большой амплитуде колебаний на обрабатываемой поверхности образуется вол­нистость. На отдельных участках поверхности она изменяется в зави­симости от жёсткости системы в данном сечении. Низкочастотные виб­рации технологической системы рассматривают в качестве основной причины образования на обрабатываемой поверхности волнистости, хотя она может возникать и в результате копирования волнистости поверхно­сти исходной заготовки; от действия остаточных напряжений в нежёст­ких заготовках и по другим причинам.

Установлено, что при наличии в системе вибраций волнистость и продольная шероховатость возрастают с увеличением усилий резания.

К общим мероприятиям по борьбе с вибрациями относят:

- целенаправленное уменьшение возмущающих сил (центробежных ине­рционных и пр.);

- увеличение жёсткости К и правильное расположение главных осей жёсткости отдельных узлов и технологической системы в целом;

- выбор режимов обработки, при которых частота возмущающих сил (частота вращения или возвратно-поступательных перемещений элемен­тов) далека от частоты собственных колебаний технологической системы;

- изменение частоты собственных колебаний системы (например, путем изменения массы М или моментов инерции J , см. формулу на с.177) ;

- изоляцию технологической системы от влияния внешних воздейст­вий (колебания работающих двигателей, молотов, других станков и т.п.) например, с помощью монтажа на специальных фундаментах;

- увеличение демфирующей способности технологической системы (например, применением универсальных виброгасителей);

- автоматическое управление динамической жёсткостью станка и др. Зная влияние технологических, конструкторских и организационных факторов на повышение виброустойчивости технологической системы, мо­жно назначить такие условия обработки, при которых заданный рельеф поверхности (шероховатость и волнистость) будут обеспечиваться.