animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Вынужденные Колебания Станков

Вынужденные Колебания Станков

Вынужденные колебания станков возникают под действием внешних периодических сил, вызванных прерывистым процессом резания (при строгании и фрезеровании), дисбалансом вращающихся деталей (шпинделей с инструментом), ошибками в зубчатых передачах и т. п. Сила колебания в станках зависит от степени устойчивости системы: чем выше устойчивость, тем ниже этот уровень.

Одной из важных задач обеспечения устойчивости станка является оценка влияния вынужденных колебаний на точность обработки. В зависимости от частотного состава колебаний и скоростей относительного движения инструмента и обрабатываемой детали меняется характер нарушения формы ее поверхности. Шаг волны, образованной на поверхности детали,

lв = v / f

где v - скорость, м/с; f - частота колебаний, 1/с.

При малой скорости и высокой частоте колебания увеличивается шероховатость поверхности; большая скорость и низкая частота колебания приводят к образованию волнистости и микронарушениям формы поверхности. Кроме того, что качество обработки поверхности деталей снижается, колебания существенно сокращается долговечность станка и прежде всего режущего инструмента.

Частотный метод анализа динамики привода станков позволяет относительно просто определять вынужденные колебания замкнутых систем. Амплитуда вынужденных колебаний в зависимости от их частоты и устойчивости системы может быть оценена экспериментально по амплитудно-фазовой характеристике разомкнутой системы. При вынужденных колебаниях в станке погрешность обработки проявляется в виде микронеровностей на обрабатываемой поверхности. Амплитуда волны, представляющая собой амплитуду вынужденных колебаний А, заготовки и инструмента в процессе резания (рис. 1, а),

Af = Aхх / Aзн;

здесь Aхх - амплитуда вынужденных колебаний заготовки и инструмента при холостом ходе станка (рис. 1, б); Азн - безразмерная величина, представляющая собой радиус-вектор амплитудно-фазовой характеристики - разомкнутой системы, проведенной из точки (-1) до пересечения с нею в точке, соответствующей угловой скорости.

Рис. 1. Погрешность обработки при вынужденных колебаниях (а) и при переменном припуске (б)

При малых частотных колебаниях Азн>1; следовательно, амплитуда Af уменьшается по сравнению с Aхх, т. е. резание оказывает демпфирующее действие на процесс колебания. Если Азн<1, то колебания при резании интенсивнее, чем при холостом ходе; следовательно, амплитуда вынужденных колебаний растет, причем в тем большей степени, чем меньше запас устойчивости системы. Иначе говоря, при Азн<1 колебания близки к резонансной зоне, и, следовательно, происходит их усиление.

Если амплитуда вынужденных колебаний заготовки и инструмента А, возникает из-за эксцентричности заготовки, т. е. переменности сечения среза y(t) (рис. 1, б), то ее значение можно определить по формуле

Аy = A∆ (Aраз / Азн);

здесь А∆ - амплитуда колебаний припуска, т. е. амплитуда изменения настройки y(t); Араз, Азн - длины векторов амплитудно-фазовой характеристики. Отношение в уравнении Aраз к Aзн, может быть больше или меньше единицы, в зависимости от величины w1. Поэтому амплитуда колебаний при резании оказывается меньше или больше заданной амплитуды изменения припуска заготовки. При большой устойчивости станка, т. е. при малом значении отрезка kд, отношение величин Aраз и Aзн близко к единице; амплитуда Ay, вынужденных колебаний на собственных частотах может значительно уменьшиться при резании, станок будет работать спокойно.

Ошибки, допущенные при изготовлении и сборке элементов, из которых состоит упругая система станка, как правило, вызывают снижение устойчивости системы. Одной из наиболее распространенных ошибок является овальность отверстия под шпиндельные подшипники. Жесткость шпинделя в этом случае различна по разным направлениям, вследствие чего устойчивость резко падает.

Нормирование уровня колебаний станков на холостом ходу способствует повышению их качества. В практике станкостроения разработаны стандарты на уровень колебаний станков: круглошлифовальных (ГОСТ 11654-72), внутришлифовальных (ОСТ 2Н78-2-71), токарных (ОСТ 2H71-2-71), координатно-расточных (ОСТ 2Н72-2-71) и резьбошлифовальных (ОСТ 2H75-8-71).