Вібрації при різанні металів

У певних умовах обробки різанням можуть виникати значні періодичні коливання технологічної системи ВПІД, які називаються вібраціями.

Вібрації технологічної системи викликають підвищене спрацювання деталей і вузлів верстата, збільшують спрацювання різального інструменту, погіршують чистоту обробленої поверхні, знижують точність обробки, обмежують продуктивність роботи верстата і т.д.

Вібрації, що виникають при різанні, ділять на вимушені та автоколивання.

Вимушені коливання виникають під дією зовнішньої періодичної збурювальної сили. У верстатах періодичну силу може викликати ряд причин, головними з яких є: переривчастий процес різання (довбання, фрезування, стругання, обробка ребристих поверхонь і т.д.), дисбаланс обертаючих мас (ротора електродвигуна, шпинделя, різального інструмента і т.д.), помилки виготовлення та складання передач (зубчастих, пасових), ритмічна робота інших, близько розташованих, машин. Інтенсивність вимушених коливань залежить від величини збурювальної сили, і ступеню збігу її частоти (числа коливань у секунду) із частотою власних коливань системи ВПІД від явища резонансу.

Усунення вимушених коливань пов’язане, у першу чергу зі зменшенням величини збурювальних сил (балансування деталі підвищення точності виготовлення та складання передач), а значить з підвищенням твердості вузлів верстатів.

Автоколивання (незатухаючі коливання, які самопідтримуються) характеризуються тим, що сили, які підтримують коливання системи, виникають у процесі різання.

Причинами автоколивань системи ВПІД у процесі різання є: коливання величини сили різання; виникнення і зриви наростів, що викликають зміну сил різання. А також: пружні деформації заготовки та інструмента; зміна площі шару металу, який зрізається; наявність нерівностей на оброблюваній поверхні від попередньої обробки; зміна сил тертя на передній і задній поверхнях інструмента в залежності від швидкості різання і т.д.

Автоколивання можуть бути низькочастотними, які створюють грубу хвилястість на обробленій поверхні, а також високочастотні, які супроводжуються звуком високого тону (свистом) і, що створюють на обробленій поверхні дрібні брижі. При роботі з відносно низькими швидкостями різання виникають низькочастотні вібрації (1 кгц), при роботі з високими швидкостями — високочастотні (2 — 6 кгц). Частота перших близька до частоти власних коливань заготовки або вузлів верстата, а частота других ­– близька до частоти власних коливань різця або іншого інструмента.

Запобіжними заходами щодо виникнення автоколивань є: вибір оптимальних режимів різання; використання різального інструменту з оптимальною геометрією; правильна установка заготовки на верстаті або в пристрої; обробка заготовок на високих швидкостях різання; при різанні необхідно уникати зняття тонких стружок і т.д.

Основними заходами у боротьбі з вібраціями є підвищення твердості всієї технологічної системи ВПІД і головним чином верстатів; застосування віброгасників (демпферів).

Рис. 2.22 Пристрої для гасіння вібрацій

Існує велика кількість конструкцій віброгасників різних видів: динамічні, пружні, ударні, гідравлічні та ін. Віброгасники встановлюють у вузлах верстатів, пристроях, інструменті й т.д. На рис. 2.22, а наведена конструкція динамічного віброгасника, яка застосовується для горизонтально-фрезерного верстата. У хоботі (траверсі) 1 верстата встановлюють пружний стрижень 2 з вантажем 3. Вільний кінець стрижня 2 розміщений у гумовій втулці 4. Переміщенням вантажу його коливання налаштовують у резонанс із коливаннями хобота. Завдяки інерції вантажу 3 і пружності опори 4 відбувається здвиг фаз і коливання вантажу мають фазу, протилежну фазі коливань хобота. Енергія коливань вантажу йде на гасіння коливань хобота верстата.

Такий же принцип роботи має динамічний віброгасник токаря-новатора Д. І. Рижкова, призначений для гасіння високочастотних коливань різця (рис. 2.22, б). Віброгасник 1 за допомогою скоби 2 закріплюють на різці 3. Корпус віброгасника притискається до скоби пружиною 4, зусилля якої регулюється гвинтом. При виникненні коливань корпус 1 ударяє по різцю й за рахунок здвигу фаз гасить коливання.

Часто для гасіння коливань використовують різні поглиначі: пружини, гуму, пластмаси, гідроциліндри і т.д.

На рис. 2.22, в показаний віброгасник для розточувальних борштанг із прокладками з мікропористої гуми.

РОЗДІЛ 3

ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО МЕТАЛОРІЗАЛЬНІ ВЕРСТАТИ