Потеря системой устойчивости выражается в появлении вибраций инструмента, в неравномерном, скачкообразном перемещении узлов или их заклинивании. Поэтому очень важно обеспечить условия работы, необходимые для получения деталей с минимальными погрешностями размеров и формы.
Динамическая система станка образуется совокупностью упругой системы и рабочих процессов при их взаимодействии. Упругая система состоит из станка, приспособления, инструмента, детали (СПИД). Наиболее типичные рабочие процессы станка это: процесс резания, процесс трения и процессы в двигателе.
Воздействия на упругую систему изменяют положение деталей, образующих подвижное соединение, например резца и заготовки, суппорта и направляющих. Они выражаются в изменении их основных параметров: сечения резца, нормального давления на поверхностях трения и др. Например, упругая система деформируется силой резания. Это приводит к изменению относительного положения заготовки и инструмента, образующих подвижное соединение, что влечет за собой изменение толщины среза и, следовательно, силы резания.
Если упругая система деформируется силой трения, то деформирование вызывает изменение относительного положения ползуна и направляющих, которые образуют подвижное соединение, где протекает процесс трения. Изменение нормальной нагрузки изменяет силы трения, а следовательно, и вызываемую ею деформацию.
В приведенных примерах действующие на упругую систему силы нельзя считать внешними, так как они изменяются с изменением деформации системы.
Пренебрегая обратным воздействием упругой системы на рабочие процессы, в практике часто рассматривают только воздействие рабочих процессов на упругую систему. В этом случае силы являются внешними по отношению к системе. На рис. 1 представлена условная схема рабочих процессов. Упругой системе и каждому рабочему процессу как источнику воздействия на схеме соответствует отдельный прямоугольник. Силовое воздействие и вызванные им деформации показаны стрелками. Кроме рабочих процессов, на упругую систему воздействуют периодические силы инерции неуравновешенных вращающихся деталей и узлов, имеющих возвратно-поступательное перемещение, пульсирующие нагрузки, которые генерируют масляные насосы гидросистем, толчки и колебания, передаваемые через фундамент от других станков, и т. п. На рисунке они условно обозначены символом f(t).
Рис. 1. Схемы динамической системы станков
Условия протекания рабочих процессов могут измениться и от внешних причин. К ним относятся изменение припуска, переменность сечения срезаемого слоя при фрезеровании и протягивании, при обработке эксцентричных заготовок, прерывистых поверхностей и др. Эти воздействия показаны стрелками y(t) с соответствующими индексами. Называются они изменением настройки процессов.
В действительности упругая система оказывает обратные воздействия на резание, трение и процессы в двигателе, что принципиально меняет характер динамических явлений в станках. На рис. 1, б приведена схема динамической системы, на которой в дополнение к предыдущей схеме обратное воздействие упругой системы показано стрелками y1, y2, y3. Воздействие рабочих процессов на упругую систему и обратные воздействия упругой системы на процессы называют связями; цепь воздействия, включающую элементы и связь между ними, - контуром связи. В соответствии с изложенным контур связи может быть замкнутым (рис. 1, б) и разомкнутым (рис. 1, а).
Замкнутая система реагирует на внешние воздействия иначе, чем незамкнутая. Система считается устойчивой, если, будучи выведенной из установившегося состояния внешними силами, а затем предоставленная самой себе, она возвращается к прежнему или новому устойчивому равновесию.
Устойчивость динамической системы станка оценивается по величине так называемой области устойчивости в пространстве параметров системы. Для оценки устойчивости пользуются амплитудно-фазовым критерием Найквиста - Михайлова. Он позволяет судить об устойчивости замкнутой системы станка по характеристике разомкнутой системы.
