pronikov_a_s_1994_t_1 (830969), страница 63
Текст из файла (страница 63)
е. при формировании сливной стружки. Характеристики выражают зависимость силы резания от толщины срезаемого слоя. Линеаризуя известные эмпирические зависимости, определяющие силу резания, можно представить статическую характеристику (Н/м) в следующем виде: К =Р/у=Р „Ь, Здесь К— статическая характеристика резания как элемента замкнутой динамической системы станка; Р— изменение (отклонение) силы резания; ««вЂ” изменение (отклоиение) толщины срезаемого слоя; Р,=оД вЂ” удельная сила резания, Н/м~, где о, — некоторое условное напряжение типа временного сопротивления обрабатываемого материала; ~ — усадка стружки, являющаяся характеристикой степени пластического деформирования материала; $ =а«/а (а~ — толщина стружки; а — толщина срезаемого слоя); Ь— ширина срезаемого слоя.
Динамическую характеристику резания определяют раздельно для сил на передней и на задней поверхностях резца (режущего элемента). Частотная характеристика резания для силы на передней поверхности режущего элемента Юх.,(««в) =Р,,(««о) /д(««о) = К,~(«Тра+1), где Р,, — изменение силы резания на перед- Рис. 8Л6. Схема контактной деформации на задней новерхности резца при его смещениях: 1 — резец; 2 — заготовка ней поверхности; Т«, — постоянная времени резания (стружкообразования). Величину Тр (с) определяют расчетным путем или экспериментально, она характеризует отставание изменения силы резания от изменения толщины срезаемого слоя: Т,=йао$о/0=1рй где 1« = 1...1,5 — коэффициент; ао — заданная толщина срезаемого слоя; ~о — заданное (установившееся) значение усадки стружки, длина пути резания за время Т«„постоянная пути резания; о — скорость резания.
Изменение силы на задней поверхности режущего элемента определяется значением контактной деформации резцом обработанной поверхности. На рис. 8.16 показана схема формирования контактной деформации при смещениях инструмента. При малых смещениях и постоянной высоте контактной площадки в первом приближении частотная характеристика резания по силе на задней поверхности имеет вид где Рр,, — изменение силы на задней поверхности резца; и, — контактная жесткость «твердость материала обрабатываемой заготовки); 63 высота контактной площадки (фаска> площадка износа); Ь, — ширина контактной площадки (как правило, Ь,~ Ь за счет контакта вспомогательной поверхности). Сила на задней поверхности пропорциональна первой производной координаты смещения или скорости колебаний. Изменение силы опережает во времени изменение толщины срезаемого слоя при смещениях инструмента (но не изменения припуска).
Указанная линейная зависимость силы на задней поверхности резца от скорости колебаний (скорости врезания в заготовку) является приближенной и используется при условии А„~» ®я/2)(о/а), где А„— амплитуда колебаний в направлении, перпендикулярном к поверхности резания; а — задний угол резца. й 1т, И~и Рис.
8.17. Амплитудно-фазово-частотная характеристика процесса резания На рис. 8.17 показаны частотные характеристики резания применительно к передней и задней поверхностям. Там же показана суммарная характеристика первого приближения, основанная на допущении„что силы на передней и задней поверхностях действуют по одной прямой Здесь К, = Ь./Ь; ҄— постоянная времени заднего угла (формирования сил на задней поверхности резца), с; Т = НЯ/(2иР„,) = =1 /о, где 1„— длина пути резания за время Т. Характеристика показывает, что в зависимости от режимов резания, материала заготовки, геометрических параметров и материала режущего инструмента, частоты колебаний сила резания может отставать или опережать по фазе смещение инструмента.
При обработке пластичных материалов (медь, алюминий, электротехническая сталь и т. п.) влияние сил на задней поверхности мало (мало Н,). При резании твердых или закаленных материалов изменения этих сил играют значительную роль в динамических процессах.' 8.2. Коэффициенты динамической характеристики процесса резаиия Существенное значение имеет состояние режущей кромки (радиус закругления, фаска износа и т. п.) . Многообразие условий резания, изменение параметров режущего лезвия по мере его изнашивания определяют соответствующее многообразие значений параметров динамической характеристики резания.
Например, при изменении скорости резания стали от 20— 30 м/мин до 100 — 150 м/мин усадка изменяется в 1,5 — 2 раза. При изменении радиуса скругления режущей кромки от значения, близкого к нулю, до 1 мм усадка изменяется также в 1,5 — 2 раза.
Для расчетов используют значения параметров, типичные для рассматриваемых условий обработки. В табл. 8.2 пр иведены экспериментально полученные средние значения удельной силы Р„, и постоянные пути резания 1р и 1 при обработке различных материалов острозаточенным резцом. Условия обработки: скорость резания 10 — 160 м/мин.„заданная средняя толщина срезаемого слоя 0,08 мм; передний угол резца 10'; задний угол 8; материал резца Т15К6; К,т1.
Инструменты цилиндрической формы (шли-- фовальные круги, цилиндрические фрезы и т. п.) в процессе обработки срезают слой, имеющий переменное сечение (типа «запятой» и т. п.). Динамическая характеристика резания в этом случае имеет составляющую, определяемую скоростью внедрения, так как врезание изменяет форму срезаемого слоя. Создается опережение силы по фазе относительно изменения толщины срезаемого слоя. Устойчивость динамической системы станка при резании оценивается по частотному критерию Найквиста.
Применение этого критерия по отношению к системе с запаздывающей связью, возникающей вследствие образования регенеративного эффекта при резании по следу, имеет свою особенность. Она заключается в формировании разомкнутой .ск:темы разрывом только связей, включающих элемент запаздывания. Система устойчива, если характеристика разомкнутой системы (полученная без учета регенеративного эффекта) лежит справа от некоторой линии (окружности), семейство которых показано на рис. 8.18. Для предельных значений коэффициента перекрытия получают прямую 1т5, параллельную мнимой оси и проходящую через точку « вЂ” 0„5» на вещественной оси, при коэффициенте перекрытия, равном единице, или точку « вЂ” 1» на вещественной оси при коэффициенте перекрытия, равном нулю (резание «по чистому») .
В последнем случае динамическая система станка устойчива, если характеристика разомкнутой системы не охватывает точку « вЂ” 1». На рис. ' 8.19 показана схема разомкнутой системы при резании «по чистому». Там же показаны характеристики разомкнутой системы при положительном и отрицательном статическом коэффициенте эквивалентной упругой системы: В раз(10)) = В эус (йэ)Ф' р(Йо).
При этом Арзэ(ив) = =А эх (Йо)Ар(Йо), «ррафь) = «рэус (Йо)+ «рфь) . Анализируя возможные модификации характеристики разомкнутой системы, можно оценить влияние параметров эквивалентной упругой системы и процесса резания на устойчивость динамической системы станка при резании. Увеличение коэффициента К, резания при увеличении ширины срезаемой стружки ведет к снижению запаса устойчивости.
При некотором значении ширины стружки характеристика разомкнутой системы достигает границы, определяемой критерием устойчивости. Такое предельное значение ширины срезаемого слоя получило название «предельной стружки> и является удобным параметром для оценки качества станка по устойчивости при проектировании и при испытаниях прототипов или серийно выпускаемых станков. Необходимые изменения в конструкции станка, влияющие на повышение устойчивости при резании, оценивают путем анализа формы колебаний на собственной частоте, определяемой по той части характеристики разомкнутой системы, которая достигает границы устойчивости.
После выбора возможных конструктивных решений (повышения жесткости, демпфирования, изменения конфигурации деталей и т. п.) выполняют повторный расчет характеристик. Повторный расчет необходим вследствие значительного влияния связанности колебаний отдельных форм между собой в сложных колебательных системах. Улучшив характеристику данной формы колебаний, произведенные конструктивные изменения могут сделать потенциально неустойчивой другую частотную составляющую. Это справедливо для всех элементов динамической системы.
Например, можно достигнуть увеличения демпфирования колебаний токарного станка на низкой частоте, соответствующей интенсивным колебаниям шпиндельного узла и обрабатываемой заготовки, путем усиления эффекта, оказываемого задней поверхностью резца (создание виброгасящей фаски, расширение зоны контакта вспомогательной задней поверхности и т. п,). В этом случае динамическая характеристика резания показывает увеличение составляющей фазового опережения изменения силы резания по отношению к изменению толщины среза.емого слоя.
Однако эта фазовая составляющая расширяет высокочастотную составляющую характеристики разомкнутой системы и вызывает появление интенсивных высокочастотных колебаний инструмента. В таких случаях может Рис. 8.18. Схема оценки устойчивости динамической системы станка при резании быть найдено некоторое компромиссное решение. Статическая неустойчивость встречается при резании достаточно часто и носит название «подрывание» инструмента. Она возникает в тех случаях, когда характеристика разомкнутой системы охватывает точку « вЂ” 1» на вещественной оси при нулевой частоте.
При этом происходит интенсивно нарастающее самопроизвольное врезание инструмента в обрабатываемую заготовку. Условия потери статической устойчивости или условия подрывания следующие: Кэу~~ О; ~ КРКЗУС ~~ Рис. 8.19. Схема «а) разомкнутой динамической системы станка при резании *по чистому» и ее частотные характеристики «б) при положительном и отрицательном коэффициенте статической характеристики ЭУС где д(йо) — отклонения заданного положения инструмента перпендикулярно поверхности резания; у~(сю) = Л(ш) — заданное изменение толщины срезаемого слоя (припуска); ~~(ив)— заданное внешнее воздействие на эквивалентную упругую систему; Ф'~ (йо) — характеристика эквивалентной упругой системы по смеще-- нию в направлении нормали к-поверхности ре.зания при заданном:,воздействии ~® Статическое отклонение при воздействии на й процесс резания реализуется при срезании постоянного припуска; Отклонение системы, опре-:: деля1ощее ста гичес кую погрешность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
