книги из ГПНТБ / Лакур К.В. Виброустойчивые резцы

гласно данным табл. 4, средняя скорость резания при прогибе резца по ГОСТ 6743-53 равна 41 м/мин, а в ка­ кой-то промежуток времени минимальная скорость реза­ ния будет еще меньше. Следовательно, при этом может образоваться нарост, следы которого обнаруживаются, судя по матовой поверхности впадины волны, при расчетной скорости резания v < 120 м/мин. Нарост же обычно образуется не сразу, и момент его образования, хотя бы в первоначальной стадии, с уменьшением силы резания совпадает с началом выгиба резца. Это в не­ которой степени дает возможность прогнутому резцу преодолеть трение по задней поверхности в период вре­ зания и избежать дальнейшего прогиба и поломки резца.

В табл. 5 приводятся данные, характеризующие величину заметных следов разрушения нароста на впа­ дине вибрационной волны, а также величину опазды­ вания последующей волны от предыдущей, выраженную

впроцентах от общей длины виброволны.

В1-м опыте наблюдаются явные следы разрушения нароста и матовая поверхность по всему отлогому участку подъема волны; во 2-м опыте матовость местами не доходит до конца волны, при этом видна ломаная линия границы; в 3-м опыте граница матовой поверх­ ности выравнивается; в 4-м — продолжается дальнейшее выравнивание границы матовой поверхности; в 5-м и следующих за ним опытах граница матовой поверхности очерчена прямой линией.

Часто можно наблюдать, что винтовые линии, полу­ чаемые на обработанной поверхности при вибрационном режиме резания, принимают вид продольных линий, параллельных оси детали. В таком случае срезание на­ клепанного слоя сопровождается силой, которая пол­ ностью управляет установившимся вибрационным режи-

40

Таблица 5

Образование следов разрушения нароста и отставание последующей виброволны от предыдущей

в зависимости от скорости резания

мом резания. При этом срез снимается все время оди­ накового сечения, и, таким образом, нельзя и говорить о влиянии изменений сечения среза на переменность сил резания.

Наблюдаемое непостоянство отставания последую­ щей волны от предыдущей при изменениях скорости резания также доказывает, что переменность сечения среза не является основной силой, поддерживающей вибрационный режим, как это наблюдается при коле­ баниях вала, обтачиваемого по наружной поверхности.

С увеличением скорости резания угол спада волны

41

общая высота волны неизменно увеличиваются, и насту­ пает момент, когда с ростом усилия вдавливания задней поверхности резца в крутой профиль волны происходит скол режущей кромки резца. В то же время образова­ ние нароста в период прогиба резца из-за достаточно высокой температуры происходит с опаздыванием или не успевает вообще образоваться, и усилия резания будут соответствовать штриховой кривой, изображенной на рис. 13. Подтверждается это тем, что клин скола обычно имеет направление по передней поверхности резца. Наблюдаемое же полное разрушение режущей кромки является результатом дальнейшего разрушения при

расположении режущей кромки выше нейтральной оси державки профиль волны имеет пилообразную форму (см. рис. 11, а) с крутым врезанием (участок АВ) и отлогим выходом (участок CD). Условная линия про­ гиба вершины резца расположена под некоторым углом к поверхности резания (см. рис. 9, а), при этом под дей­ ствием силы резания резец, прогибаясь, врезается в ме­ талл. Чем больше будет угол 0^., тем глубже и вре­ зание, и чем выше расположена режущая кромка при одном и том же вылете, тем больше будет и угол 0*. При выгибе вершина резца несколько отходит от заго­ товки, и сечение среза уменьшается также в зависи­ мости от величины угла Q х.

Резец при резании по этой схеме находится в состоя­ нии неустойчивого равновесия: он не может занимать спокойного среднего положения, а находится в положе­

42

9*

нии скачкообразного движения вверх и вниз. Именно это движение под углом 0* к поверхности резания и является основным возбудителем вибраций автоколеба­ тельного характера.

Проведенные нами измерения и расчеты показы­ вают, что угол крутого профиля волны, полученный при врезании резца, больше заднего угла а резца и может быть равен этому углу лишь при прогнутом состоянии резца. С увеличением заднего угла а резца до 16° в рав­ ной мере увеличивается и угол крутого профиля волны.

Такое соотношение углов и острая вершина А про­ филя волны могли образоваться только в результате упругой и пластической деформации участца АВ (см. рис. 11,а) задней поверхностью резца.

На профилограмме штриховой линией на участке АВ схематично показано движение вершины резца, отли­ чающееся от фактического профиля волны.

При вдавливании задней поверхности резца в про­ филь волны происходит отклонение резцедержателя в противоположную сторону, а при выгибе резца — возврат в прежнее положение.

Следовательно, вершина резца колеблется не строго под углом 0* к поверхности резания, как было условно принято, а траектория ее движения представляет собой петлю того или другого заострения в зависимости от массы резцедержателя. Это обстоятельство впервые было обнаружено канд. техн. наук И. С. Амосовым при осциллографических исследованиях процесса резания

вусловиях вибрационного режима при наружном точе­ нии. На профилограмме волны такой характер колеба­ ния выражается тем, что на участке ВС, где уже начи­ нается выгиб резца, все же продолжается врезание под действием упругих сил, накопленных резцедержателем

впериод врезания.

43

Дополнительный скачок, заметный на участке ВС, также не случаен: он образовался вследствие запазды­ вания возвращения резцедержателя в исходное поло­ жение по сравнению с началом выгиба резца, имеющего меньшую массу. Попутно следует отметить, что только

положением вершины резца в процессе вибрационного режима резания.

Влияние жесткости и массы резцедержателя на интенсивность вибраций. При предварительных испыта­ ниях выяснилось, что при интенсивных колебаниях про­ исходило самопроворачивание винтов поворотного и поперечного суппортов. Суппорты, особенно верхний, находились как бы во взвешенном состоянии. Во избе­ жание таких неудобств клинья суппортов были отрегу­ лированы так, чтобы проворачивание винтов происхо­ дило с применением значительных, но все же доступных токарю усилий. Некоторое изменение профиля волны, появившееся при этом, выявилось, когда были сняты профилограммы виброволн при разных условиях и на разных станках. При сравнении профилограмм, снятых на станке 1А62 при подтянутых клиньях (см. рис. 11, а) и при их нормальной регулировке (см. рис. 11,6), заме­ чается, что профили волн имеют различие. В первом случае замечаем перепад по впадине волны, а во вто­ ром случае этого перепада нет. На станке 1Д63А уже при нормальной затяжке клиньев также замечаем пере­ пад (см. рис. 11, в) и острую вершину волны. При сня­ том резцедержателе и при креплении резца планкой (лапкой) этого перепада и острой вершины не наблюда­ лось. Кроме того, эффект применения резцов НРК при растачивании на станке 1Д63А обнаруживается значи­ тельно сильнее, чем на станке 1А62.

44

Принимая во внимание эти наблюдения, можно сде­ лать вывод, что при растачивании резцами, у которых режущая кромка находится выше нейтральной оси стержня, вдавливание резца в профиль волны будет тем сильнее, чем больше масса резцедержателя. При под­ тянутых клиньях суппорта на станке 1А62 резцедержа­ тель с суппортом представляет собой как бы одно целое; сопротивление перемещениям резцедержателя в этом. случае больше, и вдавливание вершины резца при его изгибе в профиль волны происходит с большей интен­ сивностью, а следовательно, и с большим перепадом при его подъеме. При ослабленных клиньях суппортов благодаря относительным смещениям по салазкам суп­ портов уменьшается сопротивление резцедержателя, и вдавливание резца в профиль волны происходит с мень­ шей интенсивностью (см. рис. 11,6).

Обычно распространено представление о том, что чем больше масса, тем больше жесткость и тем виброустойчивее система. В данном случае ввиду особенно­ стей вибраций обычного расточного резца повышение жесткости и массы резцедержателя приводит к противо­ положным результатам.

Заключение. Возвращаясь к схеме, изображенной на рис. 9, рассмотрим вопрос о влиянии на виброустой­ чивость расположения режущей кромки резца относи­ тельно нейтральной оси его стержня

В п е р в о м с л у ч а е движение вершины резца, расположенной выше нейтральной оси стержня, при

рис. 9, а) вершина резца вдавливается в профиль волны, силы трения удерживают резец, и прогиб происходит со скоростью, близкой к окружной скорости обрабаты­ ваемой поверхности. По мере накопления резцом упру­

45

гих сил и образования нароста преодолеваются силы трения по задней поверхности резца, начинается его выгиб почти с удвоенной расчетной скоростью резания и одновременно уменьшаются силы резания. Затем на­ ступает момент, когда упругие и инерционные силы резца уравновешиваются с силой резания, движение резца вверх прекращается, уменьшается скорость резания

сувеличением силы резания, начинается новый прогиб,

идалее весь цикл повторяется.

Вданном случае увеличение силы резания в начале прогиба играет роль своего рода клапана, который регу­ лирует движение вершины резца до вступления в дей­ ствие сил трения, появляющихся при вдавливании вер­ шины резца в металл крутого уйастка профиля вибро­ волны.

Во в т о р о м с л у ч а е (см. рис. 9,6) при располо­ жении режущей кромки ниже нейтральной оси державки угол в* получает отрицательное значение, и соответ­ ственно пила профиля волны (см. рис. 12, а и б) имеет обратное направление. На крутом участке АВ происхо­ дят прогиб и отход резца, а на отлогом участке ВС — выгиб и врезание резца. В данном случае с увеличением толщины среза при выгибе и с уменьшением ее при прогибе должны возникать силы, сопротивляющиеся возникновению вибраций.

Суждение это справедливо при малых скоростях резания (v < 40 м/мин), когда вершина резца успевает копировать или постепенно срезать случайные неров­ ности от предыдущего оборота, в частности связанные

спериодическим срывом нароста, и резание происходит

взоне устойчивого образования нароста, где имеет зна­ чение восходящая характеристика изменения сил реза­ ния от скорости (сплошная линия АБ на рис. 13).

При таких условиях силы сопротивления равны или

46

превосходят силы возбуждения вибраций. С увеличе­ нием скорости резания (и > 60 м/мин) в зоне отсутст­ вия нароста изменение сил резания имеет ниспадающий характер. Создаются условия, когда силы возбуждения превышают силы сопротивления образованию вибраций. Образуется первый вибрационный след на поверхности, который при последующих оборотах увеличивается по известной схеме последовательной раскачки, где при каждом проходе по вибрационному следу от предыду­ щего оборота интенсивность вибраций возрастает.

Профиль виброволны, полученной при резании резцом (по рис. 9, б), существенно отличается от профиля вибро­ волны предыдущего случая. Здесь не происходит того характерного для первого случая вдавливания задней поверхности резца в поверхность резания. В рассматри­ ваемом случае профиль волны и характер колебаний близок к колебаниям и профилю волны, получаемым при наружном точении вала, но, естественно, с разницей в частоте колебаний. Характер же возбуждения виб­ раций я их затухания в этих двух случаях анало­ гичен.

При расположении режущей кромки ниже нейтраль­ ной оси стержня резца (h0 = —4 мм) силы возбуждения вибраций складываются под влиянием:

а) увеличения силы резания от утолщения среза при врезании резца в предыдущую волну;

б) изменения сил резания, связанного с изменением скорости резания при прогибе и выгибе резца (табл. 6

и рис. 13);

в) изменения сил резания от изменения угла реза­ ния (табл. 6).

Все эти факторы действуют однозначно и почти одно­ временно, и, как следствие, вибрации достигают вели­ чины, недопустимой при резании.

47

В табл. 6 приводятся данные измерения профиля волны при различных скоростях резания.

Таблица 6

Данные, характеризующие затухание вибраций при изменении скорости резания

(вылет резца /= 1 0 0 мм; диаметр стержня 20 мм; Л0= —4 мм; t = 5 мм; s=0,16 мм/об)

непосредственно измерениями профиля волны. Измене­ ния сил резания от изменения углов резания опреде­ лялись по графику, составленному Н. Н. Зоревым, и пересчитывались в процентах от средней силы реза­ ния Р г.

Так как силы резания увеличиваются не строго про­ порционально увеличению толщины среза, то высота

48

волны от предыдущего оборота, влияющая на изменение толщины среза, умножалась на коэффициент 0,75, а конечный результат, выраженный в процентах от силы резания Рг, заносился в таблицу.

Как видим, в табл. 6 даны результаты измерения при критической скорости резания v = 144 м/мин, при которой интенсивность вибраций достигает максималь­ ного значения и с дальнейшим повышением скорости влияние угла резания и толщины среза на силы резания уменьшается.

Очевидно, что при скорости резания v > 160 м/мин наравне с дальнейшим уменьшением влияния толщины среза и угла резания на силы резания уменьшается и влияние скорости резания на изменение силы резания, что и приводит к прекращению вибраций.

Таким образом, вибрации при расположении режу­ щей кромки ниже нейтральной оси стержня прекраща­ ются несколько раньше, чем это наблюдается при работе резцами НРК.

По-видимому, характер движения вершины резца под отрицательным углом 0* с врезанием во время подъема резца и с. отходом при прогибе в зоне опре­ деленных скоростей резания сказывается на уменьше­ нии вибраций.

Опыты с резцами, у которых режущая кромка распо­ ложена ниже нейтральной оси на 6 и 8 мм показали, что вибрации в критической зоне возрастают тем интен­ сивнее, чем ниже расположена режущая кромка.

В т р е т ь е м с л у ч а е — при расположении режущей

отдаленно напоминает профиль волны предыдущего случая (см. рис. 12,6).

В данном случае угол 0^ приближается к нулевому4