книги / Обработка резанием с вибрациями книга

где

Api — sin щцarctg —’^^ag> == sin rciparctg _PJ ^дМг siny _ voKp voKp

Из полученного выражения видно, что изменение угла сдвига происходит с частотой задаваемых колеба­ ний и ^сдвинуто по отношению к ним на угол, опреде­ ляемый величиной /р. Амплитуда колебаний |5| тем

больше, чем выше интенсивносгь вибраций, т. е. боль­

ше f и Ак и ниже окружная составляющая скорости ре­ зания v0KP.

Опережение изменения силы относительно колебаний толщины среза atf , обусловленного вибрационным дви­

С изменением размеров зоны опережающих дефор­ маций. Текущее значение сдвига (см. рис. 34) нахо­

а, — a-h AOjtSintûf.

Максимальное и минимальное значения сдвига фаз будут

Следовательно, сдвиг фаз прямо пропорционален частоте вибраций и обратно пропорционален скорости резания; он тем больше, чем больше толщина срезае­ мого слоя и амплитуда его колебаний.

При резании с вредными вибрациями размеры зоны опережающих деформаций значительно меньше длины

о=120 м(ман, ?„=20 мм. Вследствие этого сдвиг фаз

усилий резания относительно движения инструмента, обусловленный опережением плоскости сдвига, оказы­ вает демпфирующее воздействие на процесс резания. Из формулы видно, что в этих условиях рост толщины среза и снижение скорости резания будут приводить к увеличению угла сдвига и к снижению интенсивности колебаний. Правильность этого подтверждают много­ численные примеры из практики гашения вибраций. Кроме того, степень демпфирования движения резания зависит от угла сдвига pj: чем труднее протекает про­ цесс резания, т. е. меньше угол сдвига, тем меньше сдвиг фаз и, следовательно, больше -интенсивность ко­ лебаний.

Приведенный анализ дан для случая, когда сдвиг фаз между профилем срезаемого слоя и силой резания

меньше при этом сила опережает изменение профи­

ля. С повышением частоты вибраций, толщины срезае­ мого слоя, снижением скоростей резания размеры зоны опережающих деформаций l$t становятся соизмеримыми

с длиной волны вибрационного следа на поверхности резания, при этом возможны любые сочетания измене­ ния силы резания с колебанием толщины среза. Так, при фр, —к сила изменяется в противофазе, при фр,;>я

отстает от изменения профиля. Поэтому изменение силы резания, обусловленное опережающим распростране­ нием зоны интенсивных сдвигов, может как возмущать, так и демпфировать вибрации. Это зависит от сдвига фаз, изменения силы резания как относительно вибра­ ционного профиля наружного слоя, образованного на предыдущем проходе, так и относительно траектории вибрационного движения на данном проходе.

Рост частот колебаний и толщины срезаемого слоя увеличивает сдвиг фаз между вибрационным движением

Надо отметить, одиако, что практическое осущест­ вление процесса резания с большими углами наклона срезаемой поверхности затруднено возникновением от­ рицательных задних углов, обусловленных кинематикой процесса. Правильность этого подтверждают данные табл. 12. Из табл. 12 видно, что при всех принятых ре­

жимах точения и сверления с осевыми вибрациями А много больше /?,; такие результаты естественны, так как кинематика процесса принималась такой, чтобы исключить отрицательные задние углы и все нежела­ тельные явления, связанные с их образованием. Помимо рассмотренных причин, возникновение сдвига фаз до­ полнительно обусловлено образованием опережающих трешин и неустойчивого нароста, а также специфиче­ скими явлениями, связанными с трением на контактных поверхностях [19, 51].

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ С ВИБРАЦИЯМИ

Вибрации вызывают существенное изменение усло­ вий пластического деформирования вследствие измене­ ния рабочих углов и скоростей резания, толщины сре­ занного слоя. Это изменяет соотношение между каса­ тельными и сжимающими напряжениями и сопротивле­ нием пластическому деформированию. Переменные ско­ рости резания приводят к изменению скоростей сдвига и размеров пластически деформированной зоны, а сле­ довательно, и скорости деформирования. Изменение

вшироких пределах толщины срезаемого слоя приводит

кразличным объемам снимаемого в каждый данный момент металла; при этом проявляется действие мас­ штабного фактора, т. е. влияние размеров деформируе­ мого объема на сопротивление пластическому деформи­ рованию. Возникновение при резании с вибрациями

периодических выходов инструмента из обрабатываемого материала еще более изменяет температурные условия резания, степень воздействия смазочно-охлаждающих жидкостей по сравнению с обычным резанием.

СИЛА И РАБОТА ПРИ РЕЗАНИИ С ВИБРАЦИЯМИ

Фактически измеряемая работа, затрачиваемая на резание с вибрациями, во многих случаях существенно отличается от работы при обычном резании. Это объяс­ няется изменением физических закономерностей, опре­ деляющих силу резания при возникновении вибраций, и часто допускаемыми методическими ошибками, свя­ занными с неправильным определением работы, затра­ чиваемой на резание с вибрациями.

При оценке влияния одного из параметров обычного резания допустимо определять изменение энергии, за­ трачиваемой на резание по работе, производимой со-

сгавлшощей силы резания Рх. При резании с вибра­

циями нарушается пропорциональность между отдель­ ными составляющими силы резания. Работа составляю­ щих Ру и Рх может быть достаточно большой. В этих

условиях оценивать общую работу резания по работе, производимой только составляющей Рг, во многих слу­

чаях нельзя, так как только общая работа резания оп­ ределяет изменение условий резания ири наличии виб­ раций. Между тем в ряде экспериментальных исследо­ ваний резания с вибрациями допускается методическая ошибка, когда об эффективности воздействия вибраций судят только по мощности, расходуемой на шпинделе станка, т. е. судят об общей работе резания только по составляющей Рг- Главное, что необходимо учитывать

при определении динамических условий резания с виб­ рациями,— это изменение физических закономерностей, определяющих направление « величину действующей силы резания. Резание с вибрациями может происхо­ дить таким образом, что срезание большей части объ­ ема металла будет происходить с большими рабочими передними углами. Кроме того, во многих случаях бу­ дет изменяться характер резания — с непрерывного на прерывистый. Наибольшее влияние на общую удельную работу резания и ее составляющие при резании с низ­ кочастотными вибрациями оказывает изменение перед­ него угла, весьма существенное, но относительно мень­ шее— изменение толщины среза и скоростей резания.

С увеличением рабочего переднего угла инструмен­ та при обработке всех материалов наблюдается умень­ шение общей удельной работы резания, при этом наи­ более сильно снижается удельная работа деформации. Работа сил трения по задней поверхности, напротив, несколько увеличивается. Рост у вызывает снижение

коэффициента усадки стружки и, как следует из формул (3,12) силы стружкообразования. Таким образом, пе­

редний угол непосредственно влияет на силу стружко­ образования как фактор, определяющий степень изме­ нения направления схода стружки; угол действия опре­ деляет направление воздействия силы стружкообразо­ вания на пластическую зону. Отсюда следует, что чем больше передний угол и меньше угол действия, тем бо­ лее благоприятным* становится направление сдвига в пластической зоне, интенсивность сдвига падает и про­

цесс резания облегчается Трение на передней поверх­ ности затрудняет процесс стружкообразования, интен­ сивность этого процесса также определяется углом дей­ ствия и передним углом.

Большое влияние на силы при резании с вибрациями оказывает периодическое увеличение толщины среза. Сила резания увеличивается не прямо пропорционально изменению толщины среза, а значительно медленнее;

в результате этого удельная сила резания уменьшается

сростом толщины среза Зависимость усадка — скорость резания большое значение имеет для выяснения особен­ ностей процесса резания с тангенциальными вибрация­ ми, где скорость резания периодически меняется Весь­

ма часто процесс резания с вибрациями протекает пре­ рывисто С этой стороны большой интерес представляет сопоставление данных по точению и фрезерованию углеродистых сталей [36] Из них видно, что коэффи­ циент трения, усадка стружки и температура контакта

сростом скорости резании при прерывистом резании падают более резко, поэтому при прерывистом резании

свибрациями в зоне высоких скоростей повышение тол­ щины среза должно приводить к снижению усадки стружки, при этом силы и температура резания должны

снижаться более эффективно Возникновение вибрационного движения в радиаль­

ном направлении приводит к относительно большим изменениям ширины среза при малом изменении тол­ щины среза В этом случае возрастание силы резания, динамических и тепловых нагрузок будет непропорцио­ нально большим, увеличатся и неравномерность воз­ действия этих факторов. Все это будег приводить к ухудшению условий работы инструмента.

Правильность изложенных физических закономерно­ стей подтверждается математическим рассмотрением эмпирических зависимостей. Сила резания связана с толщиной среза нелинейными зависимостями вида

В случае, если «/р> 0 ,5 и при этом урФ 1, осредненное

значение силы, действующей за один цикл колебаний при изменении толщины среза от до sraax, будет меньше, чем при обычном резании со средней толщиной

Следовательно, нелинейная зависимость силы реза­ ния от толщины среза при показателе меньше единицы приводит к снижению силы резания за счет вибраций на 8%,

Полученные выше теоретические выводы подтверж­ даются рядом экспериментальных исследований. А. И. Каширин отмечает, чго при наступлении вибрации наблюдалось небольшое, но все же отчетливое снижение мощности — порядка 6—7%. А М. Вульф, исследуя вибрации по оси Z, установил, что мощность, затрачи­ ваемая на снятие стружки при вибрациях высокой ча­

мость мощности от вибраций исследовалась нами при точении с осевыми вибрациями /= 4 0 гц, Ах—0,3 мм,

задаваемыми автоколебательным суппортом. Обраба­ тывались заготовки из стали 45 диаметром 30 мм на режимах «=1250 об)мин, So=0,2 мм}об, t~ 1,5 мм.

Мощность, затрачиваемая на процесс резания с вибра­ циями, составляла только 0,6 кет, т. е 50% от мощно­ сти обычного резания ( 1,2 кет).

Методика экспериментальных исследований усилий резания, возникающих при точении с вибрациями, пре­ дусматривала измерение их при сохранении неизмен­ ными условий обработки относительно условий при обычном резании Измерение усилий резания обычно производится специальными динамометрическими суп­ портами гидравлического, индуктивного, емкостного типа. В этом случае вместо верхней резцовой головки ставится динамометр, в который устанавливается резец Эти способы измерения усилия резания оказались не­ пригодными для исследований процессов резания с виб­