Файл: Лакур К.В. Виброустойчивые резцы.pdf

превосходят силы возбуждения вибраций. С увеличе­ нием скорости резания (и > 60 м/мин) в зоне отсутст­ вия нароста изменение сил резания имеет ниспадающий характер. Создаются условия, когда силы возбуждения превышают силы сопротивления образованию вибраций. Образуется первый вибрационный след на поверхности, который при последующих оборотах увеличивается по известной схеме последовательной раскачки, где при каждом проходе по вибрационному следу от предыду­ щего оборота интенсивность вибраций возрастает.

Профиль виброволны, полученной при резании резцом (по рис. 9, б), существенно отличается от профиля вибро­ волны предыдущего случая. Здесь не происходит того характерного для первого случая вдавливания задней поверхности резца в поверхность резания. В рассматри­ ваемом случае профиль волны и характер колебаний близок к колебаниям и профилю волны, получаемым при наружном точении вала, но, естественно, с разницей в частоте колебаний. Характер же возбуждения виб­ раций я их затухания в этих двух случаях анало­ гичен.

При расположении режущей кромки ниже нейтраль­ ной оси стержня резца (h0 = —4 мм) силы возбуждения вибраций складываются под влиянием:

а) увеличения силы резания от утолщения среза при врезании резца в предыдущую волну;

б) изменения сил резания, связанного с изменением скорости резания при прогибе и выгибе резца (табл. 6

и рис. 13);

в) изменения сил резания от изменения угла реза­ ния (табл. 6).

Все эти факторы действуют однозначно и почти одно­ временно, и, как следствие, вибрации достигают вели­ чины, недопустимой при резании.

47

В табл. 6 приводятся данные измерения профиля волны при различных скоростях резания.

Таблица 6

Данные, характеризующие затухание вибраций при изменении скорости резания

(вылет резца /= 1 0 0 мм; диаметр стержня 20 мм; Л0= —4 мм; t = 5 мм; s=0,16 мм/об)

непосредственно измерениями профиля волны. Измене­ ния сил резания от изменения углов резания опреде­ лялись по графику, составленному Н. Н. Зоревым, и пересчитывались в процентах от средней силы реза­ ния Р г.

Так как силы резания увеличиваются не строго про­ порционально увеличению толщины среза, то высота

48

волны от предыдущего оборота, влияющая на изменение толщины среза, умножалась на коэффициент 0,75, а конечный результат, выраженный в процентах от силы резания Рг, заносился в таблицу.

Как видим, в табл. 6 даны результаты измерения при критической скорости резания v = 144 м/мин, при которой интенсивность вибраций достигает максималь­ ного значения и с дальнейшим повышением скорости влияние угла резания и толщины среза на силы резания уменьшается.

Очевидно, что при скорости резания v > 160 м/мин наравне с дальнейшим уменьшением влияния толщины среза и угла резания на силы резания уменьшается и влияние скорости резания на изменение силы резания, что и приводит к прекращению вибраций.

Таким образом, вибрации при расположении режу­ щей кромки ниже нейтральной оси стержня прекраща­ ются несколько раньше, чем это наблюдается при работе резцами НРК.

По-видимому, характер движения вершины резца под отрицательным углом 0* с врезанием во время подъема резца и с. отходом при прогибе в зоне опре­ деленных скоростей резания сказывается на уменьше­ нии вибраций.

Опыты с резцами, у которых режущая кромка распо­ ложена ниже нейтральной оси на 6 и 8 мм показали, что вибрации в критической зоне возрастают тем интен­ сивнее, чем ниже расположена режущая кромка.

В т р е т ь е м с л у ч а е — при расположении режущей

отдаленно напоминает профиль волны предыдущего случая (см. рис. 12,6).

В данном случае угол 0^ приближается к нулевому4

значению, и изменение сечения среза, а также угла реза­ ния б оказывается незначительным.

При подаче s = 0,16 мм/об изменение толщины среза от вибрации (Ах = 0,006 мм) составляет 3%, а измене­ ние силы резания Рг составляет 3 X 0,75 = 2,25%.

При проведении основных опытов установлено, что при вибрациях наблюдаются случаи, когда высота виброволны равняется 1—2 мкм и сечение среза изме­ няется при этом только на 0,3—0,6%, а этого недоста­ точно для преодоления сопротивления (демпфирования) стержня резца.

Следовательно, основными силами, поддерживаю­ щими колебательный процесс, являются переменная сила резания и такие сопутствующие ей явления, как переменная сила внешнего трения, локализация обра­ зования стружки и др.

С увеличением же скорости резания (и > 160 м/мин), так же как и в предыдущем случае, наибольшая и наи­ меньшая скорости резания укладываются за крутым участком спада сил резания на участке ВГ (см. рис. 13), где изменение сил резания от скорости незначительно и вибрации прекращаются.

Многими исследователями (иногда без особых дока­ зательств) опровергается впервые выдвинутая А. И. Ка­ шириным теория влияния переменной скорости резания на интенсивность вибраций.

В наших опытах количественные измерения доказы­ вают важную роль скорости резания при возникновении вибраций при обработке конструкционной стали.

С другой стороны, опровергается суждение о том, что вибрации устраняются не только при расположении режущей кромки на уровне нейтральной оси, но и при любом расположении режущей кромки ниже нейтраль­ ной оси стержня резца.

50

Например, известный отрезной резец «петушок», у которого режущая кромка расположена далеко за пределами нейтральной оси (h0 = — Юн---- 15 мм), до применения скоростных режимов резания был широко распространен и отличался высокой виброустойчи­ востью. С внедрением же скоростных методов обра­ ботки резец «петушок» потерял свою популярность и реже применяется из-за возникающих вибраций при высоких скоростях резания.

На предприятиях резец «петушок» полностью заме­ нен резцом по ГОСТ с меньшим значением —к 0в 2 раза

(см. рис. 36).

В равной степени это суждение относится к изогну­ тым строгальным резцам, где виброустойчивость дости­ гается не только за счет расположения режущей кромки на нейтральной оси стержня, но и уменьшения вылета резца за счет укорочения его изогнутой головки.

Яркие примеры преимуществ расположения режущей кромки на уровне нейтральной оси показывает работа строгалыциков-новаторов (см. ниже).

Следует, однако, сказать, что В. А. Кривоухов и А. Л. Воронов проводили аналогичные опыты резцами с различным расположением режущей кромки по высоте и получили результаты, отличающиеся от результатов, полученных нами. И все же здесь нет никаких противо­ речий.

Дело в том, что в упомянутых опытах применялись резцы сечением 10 X 12 мм. При обычном креплении такого резца в резцедержателе с расстоянием между крепежными болтами 60—70 мм кроме прогиба по кон­ сольной части он прогибается по участку, расположен­ ному между болтами. При этом центр, вокруг которого описывает дугу вершина резца, оказывается смещенным ниже нейтральной оси стержня резца. Поэтому прекра­

щение вибраций наступало только при опускании режу­ щей кромки ниже нейтральной оси стержня резца. Именно так и должно было получаться.

В наших же опытах применялся резец круглого сече­ ния диаметром 20 мм, который превышает по жест­ кости резец сечением 10 X 12 мм в 7,8 раза, и потому прогиб стержня резца по участку между болтами креп­ ления был ничтожно мал и не оказывал заметного влия­ ния на смещение центра прогиба вершины резца.

Второе важное обстоятельство, на которое необхо­ димо обратить внимание, это влияние главного угла в плане. Наиболее эффективным оказывается примене­ ние резцов НРК при главном угле в плане, близком к 90°, или когда режущая кромка перпендикулярна оси стержня резца, как это предусмотрено у резцов отрез­ ных, прорезных^ и для торцовой вырезки.

При применении резцов типа внутренних канавочных, а также для нарезания внутренней квадратной резьбы, где режущая кромка расположена парал­ лельно оси стержня резца, влияние изгибных колеба­ ний на интенсивность вибраций сводится к минимуму, не имеющему практического значения. В самом деле, допустим, что вершина резца расположена выше ней­ тральной оси стержня. В этом случае

52

единице, а угол ©* = arctg h0/l. При уменьшении угла в плане уменьшается значение синуса этого угла и влия­ ние изгибных колебаний на интенсивность вибраций; при уменьшении угла в плане до 0° (sin ср —0) влияние изгибных колебаний на интенсивность вибраций также сводится к нулю.

В данном случае рассматривались изгибные колеба­ ния вершины резца только под углом <дх (по направле­ нию оси X). В практике же при уменьшении угла в плане колебания вершины резца происходят и под углом ©j, (по направлению оси У). Но на колебания в этом направлении положение вершины резца по вы­ соте не будет оказывать влияния, и они могут появиться или прекратиться независимо от того, как расположена режущая кромка.

Однако при значительной величине «крючка» резца (например, при прорезке глубоких внутренних канавок) могут возникнуть крутильные колебания резца. В этом случае положение вершины резца относительно ней­ тральной оси его стержня в еще большей степени влияет на интенсивность вибраций (см. рис. 6).

На рис. 6, а стрелками АВ показано направление движения вершины резца при крутильных колебаниях стержня резца. Это движение направлено под углом к поверхности резания, и при малейшем скручивании стержня резца произойдет врезание его вершины. При работе резцом НРК, как показано стрелками АВ (см. рис. 6,6), врезания не происходит, так как движение вершины резца будет осуществляться по дуге, касатель­ ной к поверхности резания, но с радиусом меньшим, чем радиус кривизны поверхности резания.

Разумеется, что в приведенном изложении рассмо­ трены далеко не все явления, влияющие на возбужде­ ние вибраций. Отмечены только наиболее важные

53

факторы, на основании которых можно было показать, какую важную роль играет расположение режущей кромки резца по высоте.

УСТРАНЕНИЕ ВИБРАЦИИ УСТАНОВКОЙ ВЕРШИНЫ РАСТОЧНОГО РЕЗЦА ВЫШЕ ЦЕНТРА ЗАГОТОВКИ

Выше рассматривались случаи, где за счет измене­ ния расположения режущей кромки расточного резца уменьшался угол 0 прог резца, и при этом, чем ближе по высоте к нейтральной оси располагалась режущая кромка (чем меньше был угол 0 прог), тем меньше становилась интенсивность вибраций. Графически это можно представить так, как будто при опускании режу­

дения с поверхностью резания (рис. 16,6). Оказывается, можно уменьшить или даже вообще

ликвидировать вибрации резца, если провести это по­ строение и в обратном порядке, т. е. совместить поверх­

по которой осуществляются колебания вершины резца. Практически эффекта виброгашения можно добиться за счет установки вершины расточного резца выше линии центров станка и только в тех случаях, когда угол в плане резца меньше 80°.

При растачивании обычными расточными резцами, у которых главный угол в плане ф = 45 и 60°, токари часто устанавливают резец выше линии центров станка и добиваются при этом повышенной виброустойчивости. Величина превышения вершины резца над линией цент­

54

ров станка /густ определяется опытным путем; у раз­ ных токарей она колеблется в значительных пределах

(/густ = 2—12 мм).

По исследованиям Н. Н. Панова, оптимальное зна­ чение hycr = 1,5 мм. Должен сказать, что эта, как и другие подобного рода, рекомендация справедлива только для определенных сочетаний конструкций резца,

Рис. 16. Изменения угла прогиба резца:

а и б — при работе резцом НРК; в и г — при установке обычного резца выше центра заготовки.

угла в плане и диаметра растачиваемого отверстия, при которых проводились опыты.

Выше было установлено, что влияние 0 про.г на интен­ сивность вибраций уменьшается с уменьшением глав­ ного угла в плане ф и при ф = 0° этого влияния не наблюдается, так как

55