Файл: Лакур К.В. Виброустойчивые резцы.pdf

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ РЕЗЦОВ НРК

Расточной резец имеет сравнительно большой вылет и является слабейшим звеном в цепи станок —деталь — инструмент. Это и служит основной причиной возникно­ вения при растачивании вибраций резца, так называе­ мых вибраций высокого тона (порядка 600— 6000 кол/сек.).

Расточной резец, как и любой другой, можно рас­ сматривать как балку, заделанную одним концом с си­ лой (силой резания), приложенной на свободном конце. Под влиянием этой нагрузки в верхних слоях материала свободной рабочей части стержня возникают напряже­ ния растяжения, а в нижних слоях — напряжения сжа­

ось» стержня. Так как сопротивление сжатию и растя­ жению для стали одинаково, нейтральная ось стержня совпадает с его геометрической осью.

Расположенная на нейтральной оси точка О, поло­ жение которой установлено соответствующими вычис­ лениями (рис. 9), является центром, вокруг которого вершина резца под действием • силы описывает при изгибе некоторую дугу. В дальнейшем (для упроще­ ния рассуждений) условно принимаем эту дугу за пря­ мую линию, а поверхность резания рассматриваем как плоскость, перпендикулярную оси резца. Пересечение дуги с поверхностью резания составляет некоторый угол, который в дальнейшем будем обозначать бук­ вой 0 г

Под влиянием действия силы и вызываемого ею про­ гиба резца его вершина при вибрациях оставляет на обработанной поверхности след в виде волны опреде-

28

°) вх

Рис. 9. Схемы прогиба резцов:

а *-> резцы с режущей кромкой выше нейтральной оси; 6 — резцы с режущей кром­ кой ниже нейтральной оси; в — резцы с режущей кромкой, расположенной на уровне нейтральной оси.

29

ленного профиля. Для промеров профиля волны мы пользовались той же измерительной головкой, что и для определения высоты волны (см. рис. 1).

На рис. 10 показана схема измерения профиля виброволны. При использовании этой схемы оказы­

менен иглой с радиусом закругления острия 0,05 мм. Измерения производились непосредственно после про­ точки без снятия заготовки со станка.

Отсчет производился по лимбу поперечного суппорта станка. Показания прибора при каждом передвижении иглы на 0,1 мм (на крутых участках — на 0,05 мм) записывались, а профилограмма вычерчивалась на миллиметровке.

30

На рис. 11 и 12 приведены профилограммы, вычер­ ченные в разных масштабах: по высоте волны масштаб в 20 раз больше масштаба, принятого для длины волны. Это позволяет воспроизвести картину с большей на­ глядностью. Без применения такого увеличения масшта­ ба профилограмма волны от резца НРК представляла бы собой просто прямую линию.

До последнего времени была распространена теория, согласно которой любое смещение режущей кромки резца ниже нейтральной оси приводит к гашению вибра­ ций. Упомянутые выше исследования А. Л. Воронова и И. И. Ильницкого, в которых содержится теоретиче­ ский анализ виброустойчивости резцов типа НРК, за­ канчиваются рекомендацией располагать режущую кромку резца ниже нейтральной оси его стержня. В на­ ших опытах с резцами, у которых режущая кромка расположена ниже нейтральной оси, при определенных скоростях резания вибрации также появляются. Поэто­ му, чтобы доказать справедливость результатов наших исследований, последние проводились со всей тщатель­ ностью и повторялись дважды. Для получения идентич­ ности условий опытов один и тот же резец перегибался несколько раз с Ь.0 от 0 до —4 мм. Один из резцов не перетачивался после изгиба, второй же после каждого изгиба перетачивался по всем правилам. Результаты при растачивании этими резцами получились практиче­ ски одинаковыми; разница в интенсивности вибрации не превышала 2 мкм.

Резцы диаметром 20 мм с отрицательным значением h0 = —4 мм и более невозможно установить на станке 1А62 из-за ограниченных размеров паза резцедержателя по высоте, и поэтому под головку резцедержателя под­ кладывались мерные шлифованные планки. Для того чтобы исключить возможные в этом случае предполо-

31

жения о влиянии этого мероприятия на виброустойчи­ вость, профилограммы были сняты и на станке Niles, где вообще не было необходимости применять про­ кладки. И в этом случае получились идентичные резуль­

таты.

При снятии профилограммы виброволны, полученной резцом по ГОСТ 6743-53, были записаны, кроме целых чисел, дробные значения деления, определяемые при­ ближенно (на глаз). В результате получилась профило­ грамма, отражающая наложенные на основную волну дополнительные вибрации с частотой примерно в 10 раз выше основной волны. Высота этих волн выражалась в дробных значениях одного микрометра; волны обна­ руживались только при рассмотрении через лупу. Эти обстоятельства убедительно свидетельствуют о высокой точности проводимых измерений наряду с простотой и доступностью их осуществления.

ствлялось резцом по ГОСТ 6743-53, где режущая кромка расположена выше нейтральной оси /г0 = 7 мм:

а) на станке 1А62 — с туго подтянутыми клиньями суппортов;

б) то же, с нормальной регулировкой клиньев; в) на станке 1Д63А — с нормальной регулировкой

клиньев.

На рис. 12 приведены профилограммы виброволн, полученные при растачивании резцом с режущей кром­ кой, расположенной ниже нейтральной оси h0 = —4 мм при указанных выше режимах резания:

32

в) резцом НРК с /го = 0 и нормальной регулировкой клиньев.

Как видно из рис. 12, а, влияние туго подтянутых клиньев суппортов выразилось в том, что длина волны уменьшилась, а частота вибраций увеличилась почти вдвое.

в

Рис. И. Профилограммы виброволн, полученные при растачивании резцом с Л0 = 7 мм:

а — при подтянутых клиньях суппортов на станке 1А62; б —при нор­ мальной затяжке клиньев суппортов на станке 1А62; в — при нормаль­ ной затяжке клиньев на станке ДИП-300.

По профилограмыам нетрудно определить амплитуды колебаний, по которым можно высчитать и скорость резания при колебаниях. Амплитуда колебаний опреде­ лялась по полуразнице участков выгиба и прогиба резца:

Дг= ~ ^ мм-

где ирас,, — расчетная средняя скорость резания;

Здесь не учтены моменты, когда резец на закруглен­ ных участках волны находится в состоянии покоя. Не произведена также тригонометрическая обработка вели­ чин врезания и отхода резца под некоторым углом, так как неточность, допущенная при неучете этих факто­ ров, намного меньше величины ошибки, допущенной при определении длины участков прогиба и выгиба резца.

Пилообразная форма профиля волны (см. рис. 11) получается в результате переменной скорости резания. При прогибе резца вниз скорость резания будет меньше расчетной скорости резания, а при выгибе — больше

(табл. 4).

Таблица 4

Изменения скорости резания и амплитуды колебаний резца

Влияние скорости резания на интенсивность вибра­ ций. Колебания скорости резания, в свою очередь, вызы­ вают колебания сил резания. На кривой, отражающей изменение силы резания в зависимости от скорости

35

(рис. 13), средняя скорость резания при прогибе резца и соответствующая ей максимальная сила укладывается на отрезке АБ, а при выгибе резца — на отрезке ВГ. При этом создаются дополнительные усилия, поддерживаю­ щие возникший автоколебательный процесс.

Рис. 13. График зависимости силы резания от скорости резания.

По Н. Н. Зореву [2], кривая падения, силы резания от скорости меняет свое положение в зависимости от сечения среза и материала заготовки. На графике (рис. 14) показана картина изменения силы резания от скорости для разных материалов. Как видим, для мате­ риалов группы углеродистых конструкционных сталей марок сталь 20, 30, 40 и 50 ярко выражена восходящая зависимость силы резания от скорости. В данном случае увеличение сил резания объясняется прекращением образования нароста с увеличением скорости резания и связанного с этим уменьшения фактического переднего угла. Д л я . легированных хромистых сталей марок

36

нержавеющей стали 2X13 восходящая кривая отсутст­ вует. Характерно, что у всех сталей при высоких скоро­ стях резания величина силы резания выравнивается,

Рис. 14. График, иллюстрирующий спад сил резания от скорости редания для различных сталей (7 = 10°; а = 8°;

<?= 60°; t = 4 мм; s - 0,5 мм)off).

а у сталей 35X3MH и 2X13 даже становится меньше, чем у углеродистых сталей. На первый взгляд это кажется неправдоподобным и не совпадающим с прак­ тикой. Между тем на заводе «Знамя труда», где 95% токарных работ производится с нержавеющими ста­ лями, многие опытные токари единодушно подтверж­ дают сделанные выше выводы_

С точки зрения возникновения вибраций, следует обратить внимание на спад сил резания от скорости

37

у стали 2X13, который происходит под более крутым углом, чем у углеродистых сталей. Именно этим кру­ тым спадом можно объяснить повышенную интенсив­ ность вибраций при обработке нержавеющих и им подобных сталей.

На графике (рис. 15) показана зависимость падения сил резания от скорости для разных подач при обра­ ботке стали 40. С уменьшением подачи кривая, характе­ ризующая падение сил резания от скорости, передви­ гается в сторону высоких скоростей резания. Н. Н. Зорев объясняет это не самой скоростью резания, а развиваемой температурой резания. Критической тем­ пературой, при которой металл делается более пластич­

при разных подачах при температуре 600°С начинается спад сил резания.

Эти кривые тесно связаны с интенсивностью вибра­ ций. Было собрано более 80 экспериментальных данных зависимости сил резания от скорости [11]. Изучение этих зависимостей показывает, что более или менее устойчивое падение сил резания с ростом скорости реза­ ния для углеродистых сталей имеет место, начиная со скоростей 30—50 м/мин для больших подач порядка 0,5—0,7 мм/об, и со скоростей около 100—120 м/мин для подач порядка 0,1—0,2 мм/об. Значит, критическая ско­ рость резания, при которой начинается падение сил резания, не является постоянной величиной для разных сечений среза, и потому возбуждение вибраций про­ исходит при разных сечениях стружки и при разных скоростях резания.

Некоторые исследователи отрицают влияние скорости резания на интенсивность вибраций. Так, например, Д. И. Рыжков [12] не может согласиться с тем, что кри­

38