Форма обратной связи

Прежде чем детально изучать вибрации при резании, рассмотрим данный процесс в общих чертах. Вибрация вызывает относительное перемещение резца и заготовки. Направление этого движения будет зависеть от вибрирующих элементов данной системы.

При точении в динамических условиях возможны следующие разновидности вибраций:

1. Вибрации державки резца:

а) в вертикальной плоскости;

б) в горизонтальной плоскости.

2. Вибрации резцедержателя или суппорта в вертикальной плоскости:

а) параллельно направлению подачи;

б) перпендикулярно направлению подачи.

3. Вибрация заготовки между центрами:

а) в вертикальной плоскости;

б) в горизонтальной плоскости.

4. Крутильные колебания заготовки вокруг своей оси.

5. Крутильные колебания шпинделя.

6. Вибрации станины токарного станка:

а) в вертикальной плоскости;

б) в горизонтальной плоскости.

7. Вибрации передней или задней бабки:

а) в вертикальной плоскости;

б) в горизонтальной плоскости.

Таким образом, заготовка может перемещаться почти в любом направлении относительно резца.

При вибрации могут быть отклонения:

1) скорости резания (т.е. окружной скорости заготовки относительно резца);

2) подачи;

3) радиальной глубины срезаемого слоя;

4) наклона граней резца к поверхности заготовки (т. е. отклонения передних и задних углов и углов наклона режущей кромки).

Из теории процесса резания в состоянии установившегося режима ясно, что любое из этих отклонений может способствовать изменению сил, действующих на вершину резца.

В зависимости от направления и фазы отклонений, действующие силы могут либо гасить, либо возбуждать вибрацию. Система, выведенная импульсом силы из равновесия, обычно вибрирует с затуханием колебаний. Однако, если изменения сил резания значительны и противостоят демпфирующему эффекту, то они могут вызывать рост амплитуды вибрации; устанавливается равновесие демпфирующих и возбуждающих сил. Вибрация, возникающая в таком случае, называется самовозбуждаемой.

Отличительной чертой вибраций в процессе резания является их комплексность. Вибрация, возбуждаемая в любом одном направлении, может привести к изменению условий резания. Это, в свою очередь, приводит к изменению сил не только в направлении вибрации, но также и в направлениях, ортогональных к ней. Следовательно, совместно могут сочетаться несколько видов колебаний. Это обстоятельство может усиливать эффект самовозбуждаемой вибрации (автоколебаний).

Во многих случаях резец движется по поверхностям, которые были ранее уже обработаны этим резцом. Если вибрация возникла при предыдущем рабочем ходе, то обрабатываемая поверхность будет волнообразной, что вызовет изменение силы резания. В зависимости от фазового соотношения может произойти увеличение волнистости поверхности. Несколько последующих рабочих ходов могут вызвать увеличение вибрации. Такая разновидность вибрации называется регенеративной.

При механической обработке наблюдается четыре основных типа вибрации (колебаний).

1. Свободная вибрация (собственные колебания) системы возникает вследствие каких-либо ударных воздействий. Эта вибрация будет затухать вследствие демпфирующего действия станка.

2. Вынужденные колебания, возбуждаемые от постороннего источника, а не от процесса резания. Эти колебания могут возникать вследствие дисбаланса привода станка или под действием какой-нибудь внешней динамической нагрузки. Такие колебания обычно не достигают резонансной частоты системы станок - инструмент - заготовка

3. Вынужденные колебания, возбуждаемые во время процесса резания. Процесс резания имеет присущую ему периодичность, которая приводит к вынужденным колебаниям (например, процесс образования прерывистой элементной стружки). Вибрация обычно не достигает резонансной частоты.

4. Самовозбуждающаяся вибрация (автоколебание). Явление, при котором вибрационное движение, возникающее в процессе резания, создает энергию для сохранения вибрации. Это явление может рассматриваться как отрицательное демпфирование.