|
у у
лы за полный цикл колебания (врезание и отход лезвия) будет равна ну- лю (рис. 37).
Рис. 37. Зависимость между
величиной перемещения резца y и Py
В 40–50-х годах профессор А.П. Соколовский подтвердил это экспериментально, получив сов- местные осциллограммы переме- щений резца при свободном точе- нии стальных дисков широкими резцами с поперечной подачей и изменений усилия Р у во времени (рис. 38).
Осциллограммы подвергнуты обработке, заключающейся в опре- делении Р у для последовательных значений у в пределах одного цикла колебаний (лежат на одних и тех же вертикалях). После перенесения этих значений в координатную си-
стему Ру – уполучается замкнутая кривая зависимости Р = f( у) (рис. 37).
Это экспериментально подтвержденное условие имеет и вполне ло- гические объяснения:
Резец при колебании в моменты углубления встречает свежие недеформированные слои металла. В моменты отхода (отталкивания) перед его передней гранью оказываются более твердые слои только что наклепанного металла. Поэтому усилие резания при врезании резца меньше, чем при отходе, это считается одной из основных причин коле- баний усилия резания, а значит, и самого явления автоколебаний.
Рис. 38. Временные диаграммы усилий Ру и перемещения резца y
Между передней гранью резца и стружкой, а также между задней гранью и обрабатываемой деталью силы трения переменны. Коэффици- ент трения поверхностей зависит от скорости их относительного сколь- жения. С увеличением скорости он падает. Скорость перемещения стружки относительно передней грани в моменты врезания резца при колебаниях возрастает, а в моменты отхода падает, что влияет на пере- менность силы Ру.
Анализ возникающих сил трения показывает, что их изменение связано также с изменением температуры, которая, в свою очередь, то- же является функцией скорости относительного скольжения стружки и резца. Рассматриваемая далее система «резец–изделие» – система с пе- ременным трением.
Можно провести аналогию с моделью Ван дер Поля с отрицатель- ным трением (рис. 39, а). На движущейся с постоянной скоростью V 0 бесконечной ленте лежит груз Q, упруго прикрепленный двумя пружи- нами к неподвижным стенкам. Вначале груз силой трения покоя увлека- ется вместе с лентой. Когда сопротивление пружин окажется больше силы трения, груз остановится и начнет двигаться в обратном направле- нии, пока уменьшающаяся от этого сила сопротивления не станет меньше силы трения груза о ленту. Груз останавливается, и цикл повто- ряется. Модель называется с «отрицательным трением» ввиду того, что сила трения в этом случае не тормозит движение (колебательное), как обычно, а создает и поддерживает его.
Рис. 39. Схемы моделей с отрицательным трением:
а – модель Ван дер Поля; б – система «резец‒изделие‒стружка»
На рис. 39, б сбегающая стружка может рассматриваться как дви- жущаяся лента, а резец вместе с суппортом – как упруго закрепленное твердое тело.
Такая схема объясняет радиальные автоколебания. Однако в дей- ствительности интенсивные автоколебания инструмента протекают главным образом в направлении тангенциальной составляющей силы резания, где жесткость системы «резец–суппорт» наименьшая. Они воз- никают уже под воздействием сил трения на задних гранях инструмен- та. Роль движущейся ленты при этом исполняет поверхность обрабаты- ваемой детали. Справедливость последнего подтверждается простым экспериментом.
В резцедержатель был зажат стальной стержень такого же сечения, как резец и с тем же вылетом. Стержень прижимался к вращающейся болванке, при этом возникали автоколебания той же частоты, что и при резании резцом.
Во время вибраций периодически изменяется фактическая гео- метрия инструмента как в связи с волнистым характером обрабатывае- мой поверхности (рис. 40), которая получается такой при всех последу- ющих оборотах детали после возникновения вибраций, так и из-за тех, хотя бы и незначительных, радиальных колебаний резца, которые все же имеют место (рис. 41). Периодическое изменение геометрии инстру- мента приводит к периодическому изменению величины сил резания.
Наконец, волнистость обрабатываемой поверхности приводит к переменности сечения среза при последующих оборотах или проходах инструмента, а значит, и к периодическому колебанию той же величины силы резания.
В работах [15, 25, 26] показано, что роль изменения сечения среза при автоколебаниях можно оценить в 85 %, а роль всех остальных при- чин ‒ только в 15 %. Таким образом, указанный фактор является вто- ричной, но наиболее мощной причиной поддержания вибраций.
Рис. 40. Изменение действительной геометрии инструмента из-за волнистости обрабатываемой поверхности при вибрациях:
γ0, 0 – угол заточки; ф, γф – фактические углы при резании; ρmах – угол наибольшей крутизны поверхностных волн; γф = γ0 ± ρ; ф = 0 ± ρ
y' +y'
Рис. 41. Изменение действительной геометрии инструмента из-за его радиальных колебаний при вибрациях:
а – δф < δ0; б – δф > δ0; V0 – окружная скорость детали;
Vф – действительная скорость резания; у' – скорость колебательного движения резца в радиальном направлении
Общая работа всех переменных сил, поддерживающих автоколеба- ния, составляет 1–3 % от работы, затрачиваемой на снятие стружки.
Частота вибраций типа автоколебаний равна или близка к собствен- ной частоте колебаний одного из элементов системы СПИД. Так, на то- карных станках вибрации происходят с частотами, близкими к собствен- ной частоте изделия, закрепленного в шпинделе, и резца – в резцедержа- теле, на консольно-фрезерных станках частота вибраций близка к соб- ственной частоте колебаний фрезерной оправки, хобота, консоли и др.
Do'stlaringiz bilan baham: |
