Экспериментальные исследования показали, что на соотношение между возмущающей и диссипативной составляющими возмущения, формирующегося при резании, наибольшую значимость оказывает скорость резания. При проведении исследований путем варьирования элементами режима было сформировано четыре режима обработки. Указанные режимы отличались разными скоростями резания, но обеспечивали одинаковую условную интенсивность съема материала, рассчитываемую путем перемножения элементов режима: S·n·t., где S - поперечная подача, мм/оборот; n - частота вращения шпинделя, мин-1; t - глубина резания, мм. При обработке одинаковых деталей осуществлялась запись колебаний инструмента в направлении скорости резания с расчетом коэффициента закономерной составляющей K з (рис. 2).
Как видно, при одинаковой интенсивности съема материала имеет место различие в составах колебательных процессов при изменении частоты вращения шпинделя. Это позволило выделить в группе режимов обработки оптимальные и неоптимальные режимы по критерию уровня закономерной составляющей в колебательном процессе. В частности, к оптимальному режиму обработки можно отнести резание на частоте 400 мин-1 (t=1 мм; n=400 мин-1; S=0,11 мм/об). Он обеспечивает минимальный уровень закономерной составляющей в колебательном процессе Kz=0,32. К нежелательному режиму относится режим на частоте 200 мин-1 (t=2 мм; n=200 мин-1; S=0,11 мм/об), при котором доля закономерных составляющих в колебательном процессе достигала максимального значения Kz=0,73.
Рис. 2. Влияние частоты вращения шпинделя
на закономерную составляющую колебаний
Интерпретацию полученных результатов можно объяснить следующим образом. Геометрические параметры режущего клина инструмента и кинематические параметры его движения в слое обрабатываемого материала формируют условия, при которых осуществляется процесс стружкообразования. Изменение скорости резания приводит к перераспределению энергетического соотношения, затрачиваемого на протекание процессов упругого и пластического деформирования обрабатываемого материала. Это, в свою очередь, вызывает изменение структуры возмущения в зоне резания и ведет к изменению состава колебательного процесса.
Не менее важным в управлении колебаниями при механической обработке является возможность изменения ориентации вектора закономерных колебаний по отношению к обрабатываемой поверхности. Коррекция динамики резания, приводящая к перетеканию форм колебаний нормального направления по отношению к обрабатываемой поверхности в формы колебаний тангенциального направления, оказывает положительное влияние на качество обработки. В основе указанной коррекции лежит поиск оптимального соотношения между скоростью движения режущего клина инструмента в слое снимаемого материала и периодичностью протекания процессов упругопластического деформирования при стружкообразовании.
На рис. 3 приведена схема влияния частоты вращения шпинделя на вектор закономерной составляющей.
Углы векторов рассчитывались как отношение коэффициентов закономерных составляющих, вычисленных по сигналам каналов тангенциального и радиального направлений. Указанное изменение состава колебательного процесса, достигаемое варьированием скорости резания, можно увязать с ее влиянием на структуру упруго-диссипативного возмущения в зоне резания.
Заключение (Выводы)
Возмущение при механической обработке, формируемое при упруго-пластическом деформировании обрабатываемого материала, целесообразно рассматривать в виде совокупности двух составляющих:
· упругих составляющих, раскачивающих систему резания;
диссипативных составляющих, формирующихся в результате вязкого течения обрабатываемого материала и вносящих диссипацию в систему резания.
Соотношение между указанными составляющими возмущения оказывает существенное влияние на динамику механической обработки и возбуждаемый в подсистемах инструмента и детали колебательный процесс.
Установлено, что в условиях резания имеет место взаимосвязь между тремя основными компонентов системы резания: геометро-кинематическими параметрами движения режущего клина инструмента в обрабатываемом материале, механизмом стружкообразования и колебательным процессом в подсистемах инструмента и детали. Для обеспечения качества процесса резания при механической обработке должны быть согласованы следующие основные компоненты системы резания:
- скоростные параметры движения режущего клина инструмента в материале детали, которые задаются скоростью резания;
- параметры сечения срезаемого слоя (соотношение ширины и глубины среза), которые формируются сочетанием глубины резания и продольной подачи;
- динамические параметры подсистем инструмента и детали, которые определяют реакцию станка на возмущение со стороны процесса резания.
Полученные результаты могут быть использованы в механообработке с целью оптимизации режима резания по динамическому критерию, позволяющей снизить уровень неблагоприятных составляющих в колебательном процессе и повысить качество обработки.
Литература
1. Безъязычный В.Ф. Автоматизированное повышение точности токарной обработки на станках с ЧПУ путем динамической оптимизации режимов резания / В.Ф. Безъязычный, В.А. Козлов // Качество машин: cб. трудов IV Междунар. науч.-техн. конф. – Брянск, 2001. – Ч. 2. – С. 5-6.
2. Кабалдин Ю.Г. Синергетический подход к анализу динамических процессов в технологических системах / Ю.Г Кабалдин., А.А. Бурков, А.М. Шпилев // Конструкторско-технологическая информатика-2000: Тр. 4-го Междунар. конгр. – М.: Станкин, 2000. – Т.1. – С. 243-246.
3. Вейц В.Л. Динамика и моделирование процессов резания при механической обработке / В.Л. Вейц, В.В. Максаров, П.А. Лонцих. – Иркутск: РИО ИГИУВа, 2000. – 180 с.
4. Вейц В.Л. Моделирование процесса стружкообразования при лезвийной обработке / В.Л. Вейц, В.В. Макаров // Конструкторско-технологическая информатика - 2000: Труды конгресса. – М.: Изд-во "Станкин", 2000. – Т. 1. – С. 109-112.
5. Vilor Zakovorotny. Bifurcation in dynamic system of the mechanic processing in metalcutting tools // WSEAS Transactions on Theoretical Mechanics. – 2015. – V. 10. – P.102-116.
6. Anh N.D. Response analysis of Van der Pol oscillator subjected to harmonic and random excitations / N.D. Anh, V.L. Zakovorotny, D.N. Hao // Probabilistic Engineering Mechanics, – 2014. – 37. – P. 51-59.
7. Лукьянов Д.Г. Проявление самоорганизации в динамических системах / Д.Г. Лукьянов // VI Международ. науч.-техн. конф. по динамике технологических систем. – Ростов н/Д. – 2001. – Т.2. – С. 236-242.