Диагностика технологической системы

Рис. 73. Схема эксперимента
1 – акселерометр; 2 – заготовка;
3 – фреза

Таблица 5

Режимы фрезерования

№	Режимы резания				№		Режимы резания
	V, м/мин	^sz^, мм/зуб	Объем снятого материала Q, мм^3/об	V, м/мин			^sz^, мм/зуб	Объем снятого материала Q, мм^3/об
1	100	0,02	0,323	4		120		0,04	0,64
2	100	0,048	0,766	5		140		0,014	0,231
3	120	0,017	0,27	6		140		0,034	0,547

Таблица 6

Геометрические параметры фрез

№	ω, град.	φ1 , град.	φ2 , град.	φ3 , град.	φ4 , град.	Материал фрез
1	30	92	90	88	90	Твердый сплав марки H10F фирмы Sandvik Coromant
2	45	92	88	92	88
3	60	93	91	85	91

Полученные спектрограммы мощности виброускорений при фрезе- ровании представлены на рис 74.


Рис. 74. Спектрограмма мощности виброускорений испытываемых фрез (табл. 6)
Была проведена серия экспериментов, результаты которых приве- дены ниже (рис. 75, 76), при различных глубинах резания а_р = 2,5–14 мм (а_е = const = 3 мм) фрезами № 1, № 2, № 3 (табл. 6).
На основании выполненных исследований выявлено, что при рабо- те фрезы № 3 уровень вибрации минимален в сравнении с фрезами № 1,
№ 2. Дальнейшие экспериментальные исследования сведены в номо- грамме (рис. 75), посредством которой можно выбирать оптимальные режимы для указанной фрезы, с минимальным уровнем вибрации.
На рис. 76 приведена зависимость амплитуды виброускорения от объе- ма снимаемого материала и режимов фрезерования (№ эксперимента):

Q a_p a_e s_z
z,
  

где а _р – глубина фрезерования, мм; а _е – ширина фрезерования, мм;

s_z – подача зуб фрезы, мм/зуб; z – число зубьев фрезы.
Таким образом, при проектировании конкретного технологическо- го процесса обработки важно определять как величину снимаемого объ- ема материала, так и уровень вибрации при назначаемых режимах, что существенно повышает стойкость инструмента и качество обрабатыва- емой детали.

Рис. 75. Номограмма для определения оптимальных условий работы инструмента


Рис. 76. Зависимость амплитуды виброускорения от объема снимаемого материала
^{фрезой (а}р ^{= 5,3 мм, а}е ^{= const = 3 мм)}
Из анализа номограммы (рис. 75) и зависимости (рис. 76) опреде- ляются зоны оптимальной работы инструмента при минимальном уровне вибрации для конкретной обработки с максимальной производи- тельностью обработки.

Выводы

1. 
   Проведенные эксперименты показали работоспособность фрез с повышенной виброустойчивостью, а также перспективность дальней- шего совершенствования аппаратно-программной части и методики проведения исследований для оптимизации геометрических и техноло- гических параметров фрез в условиях производства.
   
2. 
   Установлено влияние режимов резания на уровень вибрации технологической системы (рис. 73). Уровень виброускорения обрабаты- ваемой заготовки снизился на 70 %, с увеличением угла винтовой ка- навки фрезы от 30 до 60°.
   
3. 
   Значительное повышение уровня вибрации, которое отмечено при режимах фрезерования n = 4460 об/мин, объясняется резонансом, т. е. совпадением собственной частоты колебаний одного из элементов ТС и частоты возбуждения
   

n
^fвозб ^z ₆₀ ^,
где n – число оборотов шпинделя; z – число зубьев фрезы.

4. 
   Наибольшее влияние неравномерного окружного шага зубьев фрез на величину вибрации отмечено для фрезы № 3. Это можно объяс- нить динамическим эффектом «быстрого» прохождения колебательной системы инструмента через резонансную частоту, как следствие к зна- чительному снижению уровня вибрации [62], т. е. имеет место эффект
   

«виброгашения».

5. 
   Полученные данные позволяют определять зоны оптимальной работы инструмента при минимальном уровне вибрации с максималь- ной производительностью и стойкостью режущего инструмента.
   

2. Конструктивные методы снижения вибрации

Ниже приведены конструктивные мероприятия.

1. 
   Повышение жесткости всех элементов системы станок‒инстру- мент–деталь. Это затрудняет возникновение не только автоколебаний, но и вообще каких бы то ни было вибраций, так как при этом повыша- ется частота собственных колебаний системы и, следовательно, пони- жается интенсивность (амплитуда) вибраций.
   
2. 
   Рассеивание энергии колебаний системы (демпфирование). Виб- рации уменьшатся или прекратятся, если при устойчивой амплитуде не- затухающих колебаний общая энергия затухания (поглощения) за счет присоединения дополнительных демпферов окажется больше энергии
   

возбуждения. На практике это достигается применением различной конструкции виброгасителей:

• 
  сухого или вязкого трения;
  
• 
  ударного действия;
  
• 
  динамического действия.
  

Виброгасителем, или демпфером, называется устройство, включе- ние которого в колебательную систему резко увеличивает ее затухание.

3. 
   Антивибрационный монтаж станков и применение виброизоля- ции стационарного технологического оборудования предприятий, т. е. фундаментов.
   
4. 
   Снижение вибрации в источнике (балансировка).
   

1.