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

танавливаются безвибрационные условия обработки (ре­ жим резания, геометрия режущего инструмента и т. д.), а затем определяется коэффициент ц, согласно предва­ рительно установленным экспериментально зависимо­ стям его от условий обработки [3]. Найденный таким образом коэффициент ц позволяет вести расчеты точно­ сти обработки при безвибрационной работе системы.

Однако ввиду большой трудности установления зоны виброустойчивости системы шпиндель — инструмент и ее динамического коэффициента в зависимости от всех возможных вариантов различных условий обработки, выбор безвибрационных условий и коэффициента ц воз­ можен только ориентировочно, что, разумеется, и явля­ ется недостатком предложенной методики ведения точ­ ностных технологических расчетов. Все же данный метод может быть использован с достаточной для практики степенью точности результатов.

На рис. 3—8 показаны области виброустойчивости при растачивании стали и чугуна в параметрах: скорость резания — глубина резания; скорость резания — подача;

лось на основе осциллографических исследований вибра­ ций при растачивании, а также по чистоте обработанной поверхности детали.

Для осуществления осциллографических исследова­ ний была собрана электродинамическая установка из вращающегося тензометрического динамометра, измеря­ ющего колебания инструмента в направлении действия силы Ру, электронного усилителя и осциллографа. Перед

10

проведением опытов электродинамическая установка тщательно балансировалась и на протяжении всего вре­ мени поддерживалась постоянной, затем подвергалась тарировке, на основании которой потом строились тарировочные графики, выражающие зависимость между ис­ тинными перемещениями вершины резца и соответству­ ющими отклонениями на осциллограммах.

Изучение вибраций по чистоте расточенной поверхно­ сти проводилось для сравнения результатов осциллографических исследований с микрогеометрией расточенной поверхности: между интенсивностью вибраций, с одной стороны, величиной отклонений на осциллограмме и вы­ сотой микронеровностей на обработанной поверхности детали, с другой, имеет место вполне определенная зави­ симость, именно, отклонения на осциллограмме и высота микронеровностей тем больше, чем выше интенсивность вибраций. Таким образом, можно говорить об аналогии между величинами отклонений на осциллограмме в со­ ответствующем масштабе и высотой микронеровностей на поверхности детали. Расхождение между пересчитан­ ными согласно тарировочным графикам результатами, по­ лученными на осциллограммах, и измеренными непо­ средственно на детали не превышало 34-8% как для вы­

редственно на обработанной поверхности путем выреза­ ния отдельных сегментов-образцов и на отпечатках, по­ лучаемых путем приложения к исследуемой поверхности стиракрила, доведенного до тестообразного состояния. Для предотвращения адгезии на поверхности детали предварительно наносился разделительный лак. После от­ верждения стиракрила на его поверхности, примыкаю­ щей к полости отверстия, образуется отпечаток микро­

11

геометрии, довольно точно совпадающий с действитель­ ной микрогеометрией обработанной поверхности.

Измерение микронеровностей как непосредственно на детали, так и на отпечатке осуществлялось с помощью микроинтерферометра МИИ-4 и двойного микроскопа МИС-11. Расхождение между высотой и длиной волны на поверхности детали и отпечатке не более 2—5%, что можно отнести за счет метрологических погрешностей.

При проведении опытов режимы резания охватывали следующий диапазон: V = 20-У200 м/мин. соответствую­ щие угловые скорости вращения п = 50-Н250 об/мин; s = 0,0564-0,35 мм/об; t = 0,02-4-3 мм.

Расточный инструмент был изготовлен согласно нор­ мативам на режущий инструмент [8]. Резцы имели напа­ янные пластины из Т5КЮ для стали и ВК8 для чугуна. Растачивались корпусные детали из литой стали ЗОЛ и серого чугуна-

жим резания и геометрические параметры системы шпин­

метрические параметры системы: диаметр борштанги — 40 мм, длина ее — 200 мм и вылет шпинделя — 150 мм.

Рассмотрим влияние режима резания на возникнове­ ние и рост вибраций. Из рис. 2 следует, что для возник­ новения изгибных колебаний борштанги существуют кри-

12

Рис. 3 Области виброустой­ чивости при растачивании стали (/) и чугуна (2) в параметрах: скорость реза­ ния— глубина резания.

тические скорости, около которых линии границы устой­ чивости резко падают, интенсивность колебаний после их возникновения растет и в дальнейшем не уменьшается с увеличением скорости и глубины резания. Данное обсто­ ятельство подтверждает значительное влияние скорости резания на виброустойчнвость технологической системы, поэтому неслучайно нами была .выбрана основная функ­

среза процесс стружкообразования протекает более на­ пряженно, удельное напряжение увеличивается, а отно­

13

сительная разница между составляющими Р 2 и Р уменьшается [1].

Н. Н. Панов связывает падение кривой в условиях малых глубин резания с возрастанием роли вспомога­ тельной режущей кромки, приводящей к резкому увели­ чению отношения PYjP z.

В данном вопросе не последнее место также занимает площадка контакта задней грани инструмента с обраба­ тываемой поверхностью, величина которой зависит от величины упругого восстановления поверхности (А), вследствие упругих и пластических деформаций под рез­ цом. Поскольку А зависит главным образом от модуля упругости материала и величины радиуса скругления между передней и задней гранью резца, надо полагать,

малых срезов больше, чем для больших, также объясня­ ет причину падения кривой, более резко для стали и менее резко для чугуна: как известно, величина модуля упругости стали больше, чем у чугуна.

Кривые V — / (t) имеют плавные спадающие ветви при t = 2,5— 4 мм, что говорит о слабом влиянии данных значений глубины резания на вибрации.

Области устойчивости при растачивании стали и чу­ гуна в параметрах скорость резания — подача пред­ ставлены на рис. 4. В зоне малых подач при увеличении последней происходит повышение области виброустой­ чивости по скорости резания, а затем после достижения некоторого значения s, область устойчивости от подачи может быть объяснена законом распределения деформа­ ций в стружкеПри увеличении подачи, согласно закону резкого убывания деформаций при удалении от лезвия, среднее количество деформаций на единицу среза уве­ личивается в значительно меньшей мере, чем при умень­

14

буждаемость ее при этом возрастает. Дальнейшее уве­ личение подачи не приводит к повышению области виб­ роустойчивости, вследствие падения жесткости системы из-за больших значений силы резания.

Вышеизложенное в значительно меньшей мере отно­ сится к растачиванию чугуна, поэтому изменение обла­ сти устойчивости при растачивании чугуна несколько иное, чем для стали. Так, например, граница виброус­ тойчивости по скорости при изменении подачи от 0,056

равняется 48 м/мин. Для чугуна же при увеличении по­ дачи от 0,056 до 0,35 мм/об наблюдается непрерывное

О

15

VJм /м и н

Рис. 5. Области виброустой­ чивости при растачивании стали (/) и чугуна (2) в параметрах: скорость реза­ ния — передний угол.

уменьшение скорости от 105 до 75 м/мин, с нарастающей интенсивностью по мере увеличения подачи.

Влияние переднего угла 7 на область виброустойчи­ вости системы шпиндель — инструмент показано на рис. 5. Увеличение 7 способствует уменьшению пластиче­ ской зоны, а следовательно, и уменьшению усилий резания, что увеличивает жесткость и повышает виброустойчи­ вость системы. Однако увеличение угла 7 более чем на 20—ЗО^'нежелательно, так как при этом вершина резца ослабляется настолько, что начинает обламываться или выкрашиваться, а также появляется опасность подхва­ тывания резца при врезании в металл на' большой ско­ ростиПри увеличении 7 от 0 до 15° наблюдается малое возрастание виброустойчивости по скорости (для стали от 50 до 70 м/мин, для чугуна от 75 до 95 м/мин). Начи­ ная с 15—25°, допускаемая безвибрационная скорость резания резко возрастает — для стали до 125 м/мин, для

16

чугуна до 135 м/мин. Дальнейшее увеличение у не реко­ мендуется.

Зависимость V = f (?). представлена на рис. 6. Уве­ личение главного угла в плане является одним из основ­ ных способов борьбы с вибрациями. Ясно, что чем боль­ ше ф, тем сила, действующая вдоль тела резца Ру , будет меньше, а сила подачи больше, и наоборот. При этом срез металла будет уже, но толще, количество деформа­ ций вследствие закона неравномерного распределения деформаций на единицу среза будет меньше, следова­ тельно, сила резания уменьшится, и малые значения Ру не вызовут вибраций. При увеличении ср от 20 до 90° ско­ рость резания возрастает для стали от 45 до 90 м/мин, а для чугуна—от 85 до 120 -м/мин. Как видно, рост ин­ тенсивности вибраций при растачивании стали выше, чем при растачивании чугуна.

При угле ф = 90° сила Р у по идее должна умень-

Рис. 6. Области виброустой­ чивости при растачивании стали (1) и чугуна (2) в параметрах: скорость реза­ ния — главный угол в пла­

не.

шиться почти до нуля, а виброустойчивость — увеличить­ ся. Так обстоит дело при точении. При растачивании же имеем обратную картину, т. е. для углов ср, близких к 90°, происходит резкое падение области виброустойчиво­ сти.

Причину усиления вибраций при ср = 90° Н. Н. Панов [5] объясняет следующим образом. Обычно на расточ­ ном резце или расточной скалке с резцом, закрепленным на ней, режущая кромка расположена значительно вы­ ше линии центральной оси резца или скалки. Изгиб рез­ ца в вертикальной плоскости приводит поэтому к вреза­ нию его в металл, т. е. имеет место случай, аналогичный строганию неотогнутым резцом. При этом резко возра­ стают силы возбуждения, что приводит к потере устойчи­ вости.

В случае ср — 60—75° и меньше врезание резца в ме­ талл уменьшается, так как резец имеет возможность двигаться в направлении силы Ру, т. е. вместо врезания происходит некоторый отжим по направлению «У». Виб­ рации заметно усиливаются также при ср > 90°, что можно объяснить наличием поднутрения в снимаемом слое металла, в результате чего значительно ухудшаются условия работы резца.

Вылет шпинделя в значительной мере влияет на жесткость технологической системы, а следовательно, и на виброустойчивость ее. На рис. 7 показан результат опытов по исследованию зависимости V — f (L).

Кривая на рис. 7 имеет два участка (первый при из­ менении от 200 до 250 мм, второй — от 250 до 300 мм и более). Первый участок, характеризующийся сильным влиянием изменения вылета шпинделя на V, соответству­ ет малым вылетам шпинделя и близок к области почти гармонических колебаний. Для второго участка харак­ терно малое влияние изменения вылета на скорость ре-

18

I/

250

200

Рис. 7. Области виброустой-

■150

чивости при растачивании стали (1) и чугуна (2) в параметрах: скорость реза- ^дд

ния — вылет шпинделя.

5 0

О

2 0 0 2 2 5 2 5 0 2 75 ЗОО L ,M '*

зания и можно сказать, что он близок к области релак­ сационных колебаний. Другими словами, по мере уве­ личения вылета шпинделя имеет место непрерывный переход колебаний от гармонических к релаксаци­ онным.

Влияние длины вылета шпинделя на величину режи­

от 225 до 400 мм глубина резания безвибрационной ра­ боты при растачивании стали уменьшается с 4 до 1 мм, а подача увеличивается от 0,065 до 0,035 мм/об. При об­ работке чугуна во всем диапазоне изменения глубины резания и подачи наблюдается повышенная внброустойчивость по сравнению со сталью, приблизительно, в 2—3 раза.

19