Жесткость и вибрации системы СПИД
При обработке резанием различных материалов используемый для этого инструмент и приспособления, в которых он закрепляется, испытывают на себе достаточно серьезные статические и динамические механические нагрузки. Этими приспособлениями они транслируются на другие узлы и механизмы станочного оборудования, в результате чего образуется единая, замкнутая система СПИД. Это сокращение в технике расшифровывается как «станок-приспособление-инатрумент-деталь».
При обработке заготовок режущий инструмент совершает относительно их некоторые колебания, в результате чего серьезно изменяется такой параметр, как глубина резания. Следствием этого процесса является ухудшение качества обрабатываемой поверхности: на ней появляется шероховатость и волнистость. Кроме того, серьезно изменяется глубина резания, а также его сила. Поскольку в ходе этих процессов на узлы станочного оборудования нагрузка существенно повышается, то возрастает степень износа его основных узлов.
Что касается такого параметра, как стойкость твердосплавного инструмента, то его значение серьезно снижается. Если технологическая система СПИД испытывает вибрации, то неизбежно появляется шум, который утомляет обслуживающий персонал. Кроме того, производительность оборудования существенно снижается. Специалисты подразделяют все колебания, которые возникают в процессе резания, на вынужденные и автоколебания.
Вынужденные колебания при обработке резанием
Обработка резанием любых материалов вызывает вынужденные колебания, которые, как свидетельствую специалисты, возникают под воздействием некоторых внешних периодических факторов, называемых возмущающими силами. К таковым относятся:
• Прерывистость таких процессов, как строгание, резание, обработка ребристых поверхностей, фрезерование;
• Несоблюдение необходимого равновесия масс таких функциональных частей станков, как электродвигатель, шпиндель, ротор, заготовки, режущий инструмент и т.п.
• Наличие погрешностей при изготовлении и сборке ременных, зубчатых передач станочного оборудования; наличие и ритмичность работы недалеко расположенных устройств (компрессоров, молотов, прессов и т.п.).
Автоколебания при обработке резанием
При обработке различных материалов резанием неизбежно возникают автоколебания, которые имеют, как правило, следующие источники:
• Переменная сила резания в результате того, что в процессе удаления наростов с заготовок возникает дополнительное усилие, воздействующее на режущую часть инструмента;
• Существенное изменение на поверхностях инструмента сил трения, которое происходи по причине изменения скорости резания;
• Физико-химические свойства самого обрабатываемого материала, а также геометрия режущего инструмента, наличие зазоров, жесткость всей системы СПИД и т.п.
Причины возникновения колебаний
Колебания возникают по целому ряду причин, среди которых следует выделить некоторые основные. Одна из них – увеличение глубины резания, что, при прочих равных, означает усиление воздействия на режущий инструмент. Обратное воздействие оказывает увеличение подачи.
Вибрации существенно уменьшаются тогда, когда увеличивается главный угол резца. Они, напротив, значительно возрастают, если увеличивается радиус скругления режущей кромки резца. Кроме того, возрастанию вибраций серьезно способствует износ резца по задней поверхности.
Еще одним немаловажным фактором, влияющим на общую жесткость системы СПИД, является вылет резца из резцедержателя. Она тем меньше, чем меньше размеры державки этого инструмента в поперечном сечении и чем больше его вылет из резцедержателя. Сочетание этих факторов неизбежно приводит к возрастанию вибраций, причем чем выше скорость резания, тем они оказываются более интенсивными.
Для того чтобы определить наиболее оптимальные режимы резания на станке, необходимо в обязательном порядке принимать во внимание жесткость системы СПИД. Этот фактор оказывает значительное влияние на такие показатели, как качество обработки поверхности, а также износ и срок службы режущего инструмента.
В тех случаях, когда точно выявлены причины вибраций, появляется возможность найти такие способы, которые позволят их устранить, причем ничуть не снижая производительность оборудования в общем и целом.