Диагностика технологической системы

Причины вибрации в технологической системе

Современная машиностроительная промышленность уделяет огромное внимание вопросам виброустойчивости станков. Виброустой- чивость станков тесно связана с их жесткостью и оба фактора часто определяют достижимую производительность. Вибрации ограничивают

допустимые режимы резания при обработке (особенно скорость и глу- бину резания), приводят к получению у детали волнистой или дробле- ной поверхности повышенного наклепа ее поверхностных слоев, сни- жению точности обработки, стойкости режущего инструмента, рас- стройству соединений станка и его ускоренному износу. При возникно- вении значительных вибраций работу, как правило, приходится пре- кращать.
Основные виды колебаний, встречающиеся в системе СПИД, и причины их приведены ниже.

1. 
   Колебания, передаваемые извне (от кузнечного оборудования, зубодолбежных станков, мощных двигателей и т. п.). В этих случаях ча- стота возникающих при резании колебаний та же или в целое число раз больше частоты возбуждающих колебаний. С данным явлением часто приходится встречаться при установке станков на слабых перекрытиях, галереях и т. п.
   
2. 
   Колебания, вызываемые дисбалансом быстровращающихся ча- стей станка, обрабатываемой детали. В этих случаях центробежная сила меняет направление, что и вызывает колебания. Частота колебаний рав- на числу оборотов неуравновешенной детали в секунду.
   
3. 
   Колебания, вызываемые дефектами передач станка. Неправильно нарезанные, плохо смонтированные или изношенные зубчатые колеса вызывают возникновение периодических сил, передающихся на подшип- ники, а следовательно, на шпиндель и станину станка, что при некоторых условиях может быть причиной появления вибраций. Иногда такой же эффект вызывают грубая сшивка ремней, пульсация жидкости в трубо- проводах станка и прочие дефекты передач.
   
4. 
   Колебания, вызываемые переменным сечением среза или преры- вистым характером процесса резания. Типичным примером указанных возбуждающих причин являются: фрезерование, точение эксцентрич- ных шеек у валов, обточка квадратных штанг на круглые, обработка прерывистых поверхностей и т. п.
   

Для многих процессов механической обработки (фрезерование, протягивание, долбление, работа шлифующего круга, неравномерно за- тупившегося по окружности, и др.) прерывистый характер резания яв- ляется их характерной особенностью. Частота колебаний при этом рав- на или кратна частоте возмущающей силы. Обычно явление оказывает- ся более сложным из-за взаимодействия этих вынужденных колебаний с так называемыми автоколебаниями.
Возникновение колебаний объяснимо наличием периодической возмущающей силы. Поэтому такие колебания носят название «вынуж- денные колебания».
Вынужденные колебания небольших амплитуд всегда имеют место при работе на станках. Они представляют серьезную опасность только для высокоточных станков. Для других станков при нормальных усло- виях эксплуатации они нарушают работу лишь в случае резонанса.
Весьма редко в станках наблюдаются параметрические колебания, которые возникают вследствие переменной жесткости отдельных эле- ментов привода главного движения, например работающие на изгиб ва- лы, значительно ослабленные шпоночными канавками.
Чаще можно встретить релаксационные (разрывные) колебания, которые преимущественно возникают в цепях подач суппортов, каре- ток, столов токарных, расточных, фрезерных и других станков. Такие колебания нередко известны под названием «неравномерной подачи». Релаксационные колебания проявляются в виде ритмичных скачкооб- разных перемещений узла вместо равномерного поступательного дви- жения. Указанное явление наблюдается, когда кинематическая цепь по- дачи обладает малой крутильной жесткостью, а силы трения в направ- ляющих узла велики.
В результате кинематическая цепь закручивается подобно пружине, затем рывком сдвигает узел, который, пройдя некоторый путь, вновь за- тормаживается, и явление повторяется. Дополнительным условием воз- никновения и поддержания такого рода колебаний является условие, чтобы коэффициент трения движения был меньше коэффициента тре- ния покоя (что имеет место в подавляющем большинстве случаев).
Самым распространенным видом вибраций при работе на металло- режущих станках являются автоколебания.
Автоколебательным («самовозбуждающимся») называется процесс, при котором могут возбуждаться незатухающие колебания за счет ис- точника энергии, не обладающего колебательными свойствами. Такая связь колеблющегося элемента с источником энергии носит название обратной связи.
Внешняя сторона явления в этих случаях состоит в том, что при обработке вполне уравновешенной детали на вполне исправном станке с массивным фундаментом могут иметь место сильные вибрации.
Они возникают сразу после начала резания и пропадают при его пре- кращении. Следовательно, причина вибраций таится именно в самом процессе резания. Автоколебания чаще и легче возникают при сливной стружке. Характерно, что их частота остается неизменной при измене- нии скорости резания в широких пределах.
Начало автоколебаний может быть «жестким» или «мягким».
В первом случае колебания начинаются вследствие изменения силы ре- зания в результате любой причины: не совсем равномерного припуска,
наличия твердого включения в металле, неравномерности движения ме- ханизма подачи и др. Изменение силы резания, главным образом со- ставляющей Р_у, вызывает дополнительный отжим инструмента. Колеба- ния возникают сразу в полную силу и поддерживаются за счет энергии привода станка. При «мягком» начале автоколебания начинают возрас- тать от нуля постепенно, причиной их возбуждения считается поведе- ние металла впереди лезвия в момент среза, перед передней гранью об- разуется пластическая «застойная» зона, величина и форма которой за- висят от многих факторов и которая непосредственно влияет на величи- ну усилия резания. Чтобы возникшие колебания не затухали, необходи- мым условием должно являться неравенство (неоднозначность) величи- ны усилия резания при врезании лезвия в металл и при его отходе, т. е.

должно иметь место неравенство
_Ротхода