Лабораторна робота №9 дослідження вібрацій в системі впід

Мета роботи – вивчення вібраційних процесів, що спричиняються автоколиваннями системи ВПІД, і впливу вібрацій на якість оброблюваних поверхонь.

9.1. Загальні положення і методика виконання роботи

Вібрації – це коливання механічних систем.

Вібрації, які виникають в системі ВПІД, можуть спричинятися зміною величини сили різання через нерівномірність припуску, зовнішніми поштовхами і струсами, дисбалансом обертавих частин системи ВПІД та іншими факторами. Вібрації в системі ВПІД найчастіше супроводжуються переміщенням різальної частини інструмента у напрямку нормалі до оброблюваної поверхні. Такі переміщення спричиняють хвилястість обробленої поверхні а також інтенсивний знос і навіть руйнування різальної кромки інструмента. Вібрації призводять також до швидкого зносу деталей верстата і спричиняють підвищений шум, який втомлює робітника.

Виникнення інтенсивної вібрації у багатьох випадках змушує знижувати режими різання і таким чином зменшувати продуктивність верстатів, особливо під час остаточної обробки; тому вібрації, які виникають в системі ВПІД, найчастіше є негативним явищем.

Вібрації в системі ВПІД можуть бути коливаннями одного з трьох видів: вільними коливаннями, вимушеними коливаннями та автоколиваннями.

Вільні (або власні) коливання виникають в стійких системах під впливом зовнішніх силових факторів неперіодичної дії – різкої зміни навантаження, поштовхів, ударів тощо і в реальних системах є згасаючими коливаннями.

Вимушені коливання виникають в стійких системах від дії зовнішніх збудників періодичної дії – переривчастого або нерівномірного різання, дисбалансу обертових частин, впливу розташованих неподалік машин, робота яких супроводжується інтенсивною вібрацією, тощо. Вимушені коливання в системі ВПІД припиняються з припиненням дії зовнішнього періодичного збудника.

Автоколивання – це незгасимі коливання, які виникають в нестійкій неконсервативній системі з неколивальним джерелом енергії. Амплітуда й частота автоколивань визначаються властивостями самої системи.

Неконсервативною називають систему, в якій під час коливань відбувається розсіювання енергії, обумовлене пружною недосконалістю матеріалу деталей, тертям в нерухомих з’єднаннях, тобто, так званим конструкційним демпфуванням.

Природа автоколивань, що виникають в системі ВПІД, досить складна і ще потребує ґрунтовних наукових досліджень.

Встановлено, що частота автоколивань близька до частоти власних коливань одного з пружних контурів системи ВПІД.

У системі ВПІД, схильній до автоколивань, вібрації починаються одночасно з початком процесу різання і закінчуються після відведення інструмента.

У цій лабораторній роботі пропонується проаналізувати вплив жорсткості системи ВПІД на частоту й амплітуду автоколивань, які можуть виникнути під час точіння консольно закріпленої у трикулачковому патроні циліндричної заготовки (рис 9.1).

Для вибраної в даному випадку схеми установлення заготовки, жорсткість системи ВПІД суттєво залежить від відстаніміж вершиною різця і кулачками і, якщо знехтувати податливістю передньої бабки, патрона й супорта, визначатиметься залежністю

, (9.1)

де – момент інерції осьового перетину прутка у (мм⁴), Е – модуль пружності матеріалу прутка (для сталі Е = 2,1·107 Н/мм²).

Таким чином, якщо точити пруток у напрямку від правого вільного торця до кулачків патрона, то жорсткість системи ВПІД буде збільшуватись.

Частоту автоколивань наближено можна визначити за вібраційними слідами на обробленій поверхні. Зокрема для процесу точіння частоту вібрації можна знайти за формулою

, (9.2)

де n – частота обертання шпинделя верстата (об/хв), l – довжина хвилі (мм).

Довжину l хвилі можна виміряти безпосередньо на обробленій поверхні за допомогою штангенциркуля. Для збільшення точності вимірювання спочатку слід виміряти відстань між крайніми гребенями декількох (3...5) хвиль і поділити цю відстань на кількість вибраних для вимірювання хвиль.

Амплітуду коливань можна знайти як висоту хвиль на обробленій поверхні (в межах 2-3 хвиль), виміряну за допомогою індикатора годинникового типу.