книги из ГПНТБ / Лазарев, Г. С. Устойчивость процесса резания металлов

Как было показано выше, это возможно при любых изменениях па­ раметров процесса резания, вызывающих повышение жесткости резания. Наиболее существенно на этот коэффициент влияет глав­ ный угол в плане.

В этом можно убедиться, проверяя структурный критерий устой­

кое снижение жесткости приводит к потере структурной устойчи­

устойчивую структуру — силовой узел. Опыт подтверждает, что действительно для рассматриваемого случая уменьшенного зна­ чения вылета резца процесс резания становится устойчивым и виб­ рации исчезают.

приводит к качественно новому состоянию поля динамических сил, в результате чего процесс резания приобретает новые свойства. При этом устойчивое движение инструмента по отношению к обра­ батываемой детали уступает место вибрационному, автоколеба­ тельному режиму, или, наоборот, вибрационный режим резания уступает место спокойной работе.

Несмотря на то, что многие факторы процесса резания могут

101

существенно повлиять на устойчивость и привести к развитию ав­ токолебаний или, наоборот, стабилизировать неустойчивый режим резания, природа возбуждения вибраций оказывается единой.

инструмента пли жесткости системы станка влияют на структуру динамических сил, а следовательно, на устойчивость процесса ре­ зания. Любой из параметров, характеризующих процесс обработ­ ки, может изменить силу резания или силу упругости, а значит, и равнодействующую этих сил •— динамическую силу по модулю и направлению. Если это количественное изменение оказывается до­ статочным, происходит качественное изменение структуры дина­ мических сил от устойчивой (силовой узел) к неустойчивой (вихрь, седло). Разумеется, возможно и обратное изменение структуры.

В этих примерах ярко проявляется закон диалектики о пере­ ходе количества в качество. Количественные изменения модуля и направления динамических сил приводят к качественному изме­ нению структуры этих сил, а значит, и к изменению устойчивости процесса резания. Проведенное количественное подтверждение ре­ зультатов теоретических расчетов структурного критерия устойчи­ вости опытными данными, полученными автором, а также извест­ ными из литературных источников, показывает, что структурный механизм потери устойчивости при резании является одним из основных реальных источников, приводящих к автоколебаниям. Эффективность механизма в данном случае состоит в том, что ма­ лыми средствами достигаются столь различные явления. Именно только за счет изменения динамических сил по величине и направ­ лению образуются принципиально различные структуры этих сил, обеспечивающие устойчивость (силовой узел) или приводящие к автоколебательному режиму (фокус или седло). Существенно так­ же, что математический анализ позволил «увидеть» эти поля. В любой определенный момент.времени реально существует лишь одна-единственная динамическая сила, и по ее направлению и ве­ личине еще нельзя судить о поле в целом, а значит, и об устойчи­ вости процесса. Только совокупность динамических сил позволяет заключить о структуре базового поля. Вместе с тем структура поля динамических сил может быть зафиксирована во времени лишь в результате анализа дифференциального уравнения (52) или структурного критерия устойчивости (79), полученного на основе доказанных теорем I и П.

.§ 2. В Л И Я Н И Е Г Л У Б И Н Ы Р Е З А Н И Я

Н А В И Б Р О У С Т О Й Ч И В О С Т Ь

При экспериментальной проверке устойчивости металлорежу­ щих станков обычно максимальная глубина резания, при которой не возникают вибрации, принимается в качестве критерия устой­ чивости. Глубина резания непосредственно определяет жесткость

102

лового поля. Однако при этом происходят изменения в поле сил, которые отражаются на его возбуждающей способности. Для рас­ чета эффективности неустойчивой структуры может быть использо­ ван логарифмический инкремент возбуждения /3 (96).

Пример 9. Рассчитать влияние глубины резания на вибро­ устойчивость для следующих условий работы. Станок токарно-вии-

Рис. 37. Влияние глубины резания на струк­ туру поля динамических сил и инкремент возбуждения: а — при обработке нежесткой детали; б—при работе резцом с большим вылетом

104

ния глубины резания инкремент возбуждения растет. Опыты, про­ веденные для рассматриваемых условий обработки, показали, что устойчивый режим резания сохраняется в пределах / = 0—1.5 лш.

ру, то возбуждающий эффект такой структуры может быть оценен показателем возбуждения (табл. I) или логарифмическим инкре­ ментом / (86), (96).

В случае, когда поле динамических сил образует устойчивую структуру 1 = 0, необходима также ее характеристика для опре­ деления внброустойчивости или запаса структурной устойчивости процесса резания. В качестве такого критерия может быть при­ нято отношение запаса глубины резания к критическому значению глубины, при котором происходит переход от устойчивой структу­ ры к неустойчивой.

Если для данного режима резания критическая глубина реза­ ния составляет i*, в то же время обработка ведется с глубиной t, меньшей критической, то запас глубины резания по виброустончивостп At = t* — t. Соответственно запас структурной устойчи­ вости Я будет

большой (/7<0,2), вибрации могут возникнуть при незначитель­ ных возмушающих силах, например при обработке по следу. С дру­ гой стороны, при достаточном запасе устойчивости ( # > 0 . 5 ) , вибрации не возбуждаются даже при работе по вибрационному следу с глубиной вибрационной волны на обрабатываемой поверх­ ности /г = 80—120 мкя.

106

сохраняется устойчивым п инкремент возбуждения автоколебаний равен нулю. Уменьшение угла в плане ниже критического значе­ ния (ср* = 68°) приводит к возникновению неустойчивой структуры типа фокуса. Причем чем меньше главный угол в плане, тем боль­ ше инкремент возбуждения, т. е. возбуждающая эффективность си­ лового поля возрастает. Логарифмический инкремента? возбуждения автоколебаний рассчитан по формуле (96).

о)

5)

Рис. 38. Влияние главного угла в плане на струк­ туру поля динамических сил п инкремент воз­ буждения:

а — при обработке детали в патроне и заднем центре;

б — при работе резцом с большим вылетом (/ = 100 мм)

Рассмотрим теперь влияние главного угла в плане на виброустойчпвость в случае нарушения второго неравенства структурно­ го критерия устойчивости (79). Критическое значение главного угла в плане определяется также по формуле (102), однако г* рас­ читывается по зависимости (83) в случае, если оси жесткости име­ ют критическую ориентацию |32* (82). По мере уменьшения глав­ ного угла в плане жесткость резания растет и виброустойчивость понижается.

108

Пример 12. Рассчитать влияние главного угла в плане на виброустойчнвостъ для следующих условий работы. Станок модели

да структура динамических сил образует узел и область неустой­ чивости, связанная со структурой базового поля типа седла. Лога­ рифмический инкремент автоколебаний рассчитан по формуле (86).

§ 4. В Л И Я Н И Е О Р И Е Н Т А Ц И И Г Л А В Н Ы Х О С Е Й

Ж Е С Т К О С Т И У П Р У Г О Й С И С Т Е М Ы С Т А Н К А Н А В И Б Р О У С Т О Й Ч И В О С Т Ь

Существенное, а в некоторых случаях определяющее влияние ориентации главных осей жесткости на виброустойчивость процес­ са резания было отмечено многими исследователями [26], [74], [28]. Так, А. И. Каширин в одной из своих работ [22] указывал, что рас­ положение осей жесткости играет первостепенную роль при воз­ буждении вибраций.

Анализ структурного критерия устойчивости показывает, что, действительно, нарушение второго и третьего неравенств может произойти лишь в определенном секторе расположения главных осей жесткости. Второе неравенство может быть нарушено в сек­

части. Центральный угол сектора возможной неустойчивости, от­ меченный на рисунке дугой, зависит от соотношения жесткостей по главным осям (С2/С.1) и угла %, определяющего направление силы резания. Если главные оси жесткости лежат в секторе возможной неустойчивости, это еще не значит, что второе неравенство струк­ турного критерия устойчивости нарушено. Неравенство L 2 нару­

100