книги из ГПНТБ / Джаджиев, В. К. Вибрации при растачивании и способы их устранения

ОРДЖОНИКИДЗЕВСКИЙ ФИЛИАЛ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО БЮРО

„ОРГПРИМ ТВЕРДОСПЛАВ1'

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О „И Р“ О Р Д Ж О Н И К И Д З Е * 1 9 7 2

6П4.66

£ ■ /

Дж—40.

Джаджиев В. К. и Каиров Л. М.

Вибрации при растачивании и способы их устра­ нения. Орджоникидзе, «Ир», 1972.

42с.

В В Е Д Е Н И Е

Одной из причин, затрудняющих широкое внедрение скоростных методов механической обработки, снижаю­ щих стойкость инструментов и качество обработанных поверхностей на расточных станках, являются вибрации, возникающие при резании. В подавляющем большинстве вибрации — основная причина, ограничивающая возмож­ ности повышения режимов резания, улучшения качества обработанной поверхности и, следовательно, роста про­ изводительности труда.

Изучению причин вибраций при резании, а также по­ искам путей их устранения посвящены работы многих отечественных ученых, однако ввиду большой сложности явления вопрос о вибрациях станков и инструментов разработан еще недостаточно полно.

Так, исследованиями Н. А. Дроздова, А. Н. Кашири­ на, А. П: Соколовского и др. установлено, что вибрации при резании металлов происходят с частотой собствен­ ных колебаний системы станок — инструмент — деталь, при достаточной жесткости системы, практически не за­ висящей от скорости резания, а величина частоты опре-

3

деляется свойствами системы и величины ее массы. К та­ кого рода вибрациям относятся автоколебательные про­ цессы, форма и частота колебании которых близки к гармоническим. Они характеризуются формой, близкой к синусоиде.

В то же время исследованиями А. Н. Каширина, Н. Н. Панова, В. А. Кудинова и друстановлены автоко­ лебания другого рода, при которых силы возбуждения и сопротивления влияют на форму и частоту колебании. Такие колебания называются релаксационными; форма и частота этих колебаний определяются не только жестко­ стью и массами системы, но и другими ее параметрами. Релаксационные колебания возникают в тех случаях, когда жесткость или массы малы. Форма релаксацион­ ных колебаний явно нелинейная.

При растачивании отверстий на горизонтально-рас­ точных станках погрешности обработки в основном вы­ зываются деформациями системы шпиндель — инстру­ мент. Что касается системы деталь — стол, То деформа­ ции, приходящиеся на ее долю, в общем балансе погреш­ ностей обработки составляют незначительную часть. Это объясняется большой жесткостью стола, которая для станка с диаметром шпинделя 90 мм составляет около

10 000 кГ/мм.

Проведенные нами исследования системы деталь —- стол в динамическом состоянии не обнаружили склонно­ сти последней к вибрациям, т. е. колебаниям высокой частоты. Наблюдались лишь вынужденные колебания, изменяющиеся по синусоидальному закону, с частотой и амплитудой, равными собственной угловой скорости вра­ щения шпинделя и величине статических отжатий. Фор­ ма колебательного движения, амплитуда и частота си­ стемы деталь — стол приведены на рис- 1.

Ввиду малой жесткости система шпиндель — инстру-

4

зумеется, и заставляет изучать причины возникновения и методы их устранения.

Решающим фактором, определяющим характер колебаний при растачивании, является жесткость техноло­ гической системы [5]. Исследование зависимости ампли­ туды вибраций от режима резания и геометрии инстру­ мента при растачивании показало, что в условиях релак­ сационных колебаний эти зависимости носят несколько иной характер, чем при колебаниях, близких к гармони­ ческим, имеющим место при больших жесткостях систе­ мы. Так, например, на основании экспериментальных наблюдений было отмечено наличие двух групп частот [5]. Относительно низкая частота составляет 100— 650 гц. Это наиболее распространенная частота. Значи­ тельно реже возникала частота в 2000—3000 гц, прибли­ жавшаяся по величине к собственной частоте детали.

Вибрации первой группы частот подразделяются на вибрации, частота которых не зависит от скорости реза­

6

да частота с ростом скорости резания изменяется в ши­ роких пределах (100-У450 гц) и, следовательно, не опре­ деляется собственной частотой системы. Н. Н. Панов связывает это со случ-аем растачивания скалками с боль­

Исследованиями, проведенными в ЭНИМСе [4], пока­ зана предельная глубина резания при безвибрационной работе вращающихся борштанг № 1—5, размеры кото­ рых даны в таблице. Сравнение изгибной жесткости про­ ведено по отношению к борштанге № 1-

Условия испытаний: обрабатываемый материал — сталь 35, диаметр растачиваемого отверстия 80—100 мм, пода­ ча s = 0,1 мм/об, резец с пластиной из сплава Т5К.Ю, геометрия резца ср = 45°, j = 10°, а — 12°.

Из рис. 2 видно, что отношение Ijd не служит крите­ рием виброустойчивости борштанги; для борштанг № 1 и 3 (см. рис. 2, а и б) оно одинаково, но границы вибра­ ций этих борштанг различны. Кроме того, значение l/d=

7

Рис. 2. Виброустойчивость консольных борштанг.

8

—5 не является пределом безвибрационной работы борштанги (см. рис. 2, г).

Сопоставляя жесткость борштанг № 1—4 с областью их виброустойчивости (см. рис. 2, а —г), авторы работы [4] констатируют, что область виброустойчивости бор­ штанг обусловливается их изгибной жесткостью, и что при работе на обычном универсальном горизонтально­ расточном станке основное внимание должно быть уде­ лено борьбе с изгибными колебаниями борштанги и шпиндельной группы.

И С С Л Е Д О В А Н И Е В И Б Р А Ц И Й П Р И Р А С Т А Ч И В А Н И И

Цель наших исследований вибраций при растачива­ нии — найти границы (область) виброустойчивости си­ стемы шпиндель — инструмент в зависимости от режи­ мов резания, геометрии режущего инструмента, основ­ ных параметров станка, чтобы по найденным границам виброустойчивости устанавливать при проектировании технологических процессов безвибраци-онные условия об­ работки.

В работе [3] при определении коэффициента динами­ ческой жесткости ц условия обработки выбирались по возможности такими, чтобы избежать зону повышения вибраций, но так как коэффициент ц при этом изучался в широком диапазоне изменений условий обработки, то при повышенных режимах обработки вибрации все же имели место. Поэтому выбор коэффициента ц на основе экспериментальных зависимостей при точностных расче­ тах еще не гарантирует беззибрационную работу.

В этой связи предлагается следующая методика ве­ дения точностных технологических расчетов: вначале ус­

9