Файл: Лазарев, Г. С. Устойчивость процесса резания металлов.pdf

вия обработки приведены в примере 4) . Для выбранного режима работы процесс резания сопровождается интенсивными вибрация­ ми, амплитуда которых составляет 0,25 мм. Как следует из рисун­ ка, при отклонении вершины резца в направлении оси Oxt на 0,25 мм от положения равновесия возникают динамические силы, достигающие 150 кГ. На рис. 26 показано изодинамическое поле, которое построено для тех же условии работы, за исключением направления осей жесткости. Расточная оправка при этом ориен­ тирована так, что угол (3 = 50°. Согласно опытам [28] в этом слу­ чае вибрации полностью исключаются и процесс резания проте­ кает устойчиво, даже при глубине резания t = 6 мм.

Рис. 55. Поле динамических сил в области вер­

Механизм, приводящий к стабилизации процесса резания, рас­ крывает силовое поле, которое характеризует направление дина­ мических сил не в отдельных точках ,а во всей области возможных отклонений системы резец — суппорт от положения равновесия.

3. С И Л О В О Е П О Л Е

Если определить достаточно большое число сил F в окрестно­ сти вершины резца, можно построить поле направлений динамиче­ ских сил. Структура силового поля характеризуется направлением

59

силовых линии вблизи положения равновесия. Дифференциальноеуравнение силового поля записывается так же, как и уравнениеполя сил упругости (35)

Однако коэффициенты C,j определяются по формулам (47), ко­ торые учитывают как силы упругости, так и силы резания.

Силовое иоле, построенное совместно с полем изодинамическим, позволяет чрезвычайно наглядно представить условия, в ко­

зовое поле) в области вершины резца при растачивании отверстия

СО

расточная оправка: С, = 140 кГ/мм, С2 = 220 кГ/мм, р = 148°, угол р ориентации осей жесткости устанавливается поворотом оправки,

наклона силовых линий к оси Xj для точек поля, лежащих на соот­ ветствующих прямых — изоклинах.

вых линий около положения равновесия и может быть определена

т. е. каждая динамическая сила при любом малом отклонении вер­ шины резца из положения равновесия направлена так, что не воз­ вращает систему резец — суппорт в начальное положение устано­ вившегося режима работы. При любом отклоненном положении образуется момент динамических сил относительно начала коор­ динат.

Рассматривая силовое поле в окрестности равновесия, постро­ енное для выбранных условий резания, можно прийти к заключе­ нию, что процесс резания не будет устойчивым, так как при любом малом отклонении вершины резца из состояния равновесия обра­ зуется динамическая сила, которая не будет возвращать систему в исходное положение, а, наоборот, будет уводить ее в новое поло­ жение, т. е. случайное малое отклонение системы вызывает появ­ ление динамических сил, раскачивающих систему резец — суппорт. Опыты, проведенные для этих условий обработки, подтверждают, что действительно в процессе резания возникают интенсивные виб­ рации системы [28].

61

Совместный анализ изодипамического и силового полей позво­ ляет предсказать, какие динамические силы будут действовать на резец, если он будет выведен из положения равновесия. Так, при перемещении резца в радиальном направлении на 0,1 мм, па резец будет действовать динамическая сила F = 65 кГг при отклонении резца на 0,2 мм динамическая сила возрастет до ISO sF (pirc. 27,к)-

Рис. 27. Схемы: неустойчивая структура поля динамических сил — силовой вихрь. Процесс резания сопровождается низкочастотными ав­ токолебаниями (а); модель, характеризующая

осп х-3, характеризующий модуль силы, условимся откладывать в положительном направлении оси хз- Такое построение, выполнен­ ное на рис. 27,6, дает возможность более наглядно представить условия, в которых находится система станка в процессе резания.

62

Об устойчивости процесса резания можно судить по поведе­ нию приведенной точки (вершины резца), изображенной в центре модели. Так, в рассматриваемом случае все динамические силы лмеют тангенциальную составляющую, и вершина резца, выведен­ ная из состояния равновесия под действием сил поля, будет совер­ шать эллиптическое движение по изображенной поверхности мо­ дели.

Структура базовогополя, приведенная на рис. 27,65, не являет­ ся единственной. В противном случае, процесс резания всегда был бы структурно неустойчивым и сопровождался, как правило, авто­ колебаниями. Вместе с тем изменение режима резания или жест­ кости системы приводит к принципиальному изменению структуры базового силового поля.

Рассмотрим на примере переход к новой устойчивой структуре базового силового поля (и соответственно к устойчивому, безвпбрациопному процессу резания) за счет изменения лишь одного па­ раметра упругой системы — направления главных осей жесткости.

Направление главных осей жесткости системы резец — суппорг

случае растачивания отверстия консольной оправкой. Условия об­ работки и параметры жесткости те же, что и в примере 5, за ис­ ключением угла ориентации осей жесткости, который в рассмат­

В этом и состоит принципиальное отличие силового поля, обес­ печивающего структурную устойчивость процесса резания. В рас­ сматриваемом случае при любом отклонении вершины резца из положения равновесия динамические силы стремятся вернуть си­ стему в исходное положение установившегося режима работы. Опыт подтверждает, что новая ориентация осей жесткости дейст­ вительно обеспечивает устойчивость процесса резания.

63

иавлнвает первоначальное положение установившегося режима ра­ боты.

В случае неустойчивой структуры базового поля, рассмотрен­ ной выше (рис. 27, а), при любых отклонениях вершины резца ди­ намические силы не восстанавливают нарушенный случайными фак­ торами установившийся режим работы, а, наоборот, приводят к но­ вому отклонению резца, в результате чего происходит раскачка системы стайка в процессе резания, т. е. возникают вибрации.

динамические силы при случайном откло­

Таким образом, на примерах 5 и 6 показано, что поворот ра­ сточной оправки, а, значит и главных осей жесткости, приводит к изменению структуры поля динамических сил от неустойчивой (си­ ловой вихрь) к устойчивой (силовой узел). Вместе с тем, не толь­ ко жесткость упругой системы станка, но и режим резания влияет

64

на структуру поля динамических сил. На рис. 28.1 показаны ди­ намические поля, рассчитанные для условий примера 5, при трех значениях глубины резания: £ = 0 , 1 мм; 0,5 мм и 1,0 мм.

глубине резания t — 0,1 мм структура поля динамических сил ока­

которой те же, что и в случае, рассмотренном выше, динамическая