книги / Обработка резанием с вибрациями книга
..pdfгде |
P' — усилие, |
обусловленное процессом рё- |
|
|
зания главной режущей кромкой инст |
||
|
румента без вибраций; |
усилия |
|
|
ДРд6 — максимальные составляющие |
||
|
резания |
главной режущей |
кромкой |
|
при вибрационном движении, обуслов |
ленные соответственно изменением тол щины и ширины среза.
Процесс резания с вибрациями в радиальном на правлении будет прерывистым, если минимальная тол щина срезаемого слоя, обусловленная следами двух соседних проходов, будет меньше нуля, т. е.
S0sin ф—2ЛуСОБ ф sin JU< 0. |
Следовательно, |
амплитуда |
|
вибраций должна быть |
|
|
|
0,5Se ig у |
мм\ |
0,51g у |
(2.48) |
АУ> sin л< |
sin ni |
Сравнивая полученное условие с аналогичным для осевых вибраций, видим, что при тех же значениях i
переход на прерывистое резание при радиальных вибра циях требует относительно больших амплитуд, так как обычно углы в плане инструмента <р>45°.
Наличие вибрационного движения в осевом направ лении изменяет толщину слоя, снимаемого главной ре
жущей |
кромкой, |
сохраняя |
его |
ширину неизменной |
|
6 = const. |
В этом |
случае |
вспомогательная |
режущая |
|
кромка снимает срезаемый |
слой |
постоянной |
толщины |
щ = const при переменной его ширине blt, изменяющейся в фазе с толщиной, срезаемого слоя at. Таким образом,
при резании с вибрациями в осевом направлении отно сительно малые изменения ширины срезаемого слоя, снимаемого вспомогательной режущей кромкой, создают дополнительную переменную составляющую силы реза ния, изменяющуюся в фазе с переменной составляющей силы на главной режущей кромке. Обе эти составляю щие сдвинуты по фазе относительно перемещения виб
рирующего инструмента на ^ ---- я*j (табл. 2).
Условия затирания инструмента по вспомогательной задней поверхности при радиальных колебаниях яв ляются наиболее жесткими. Вибрации того же направ ления, но по главной задней поверхности, а также осе вые вибрации по главной и вспомогательной задним
|
Изменение |
м ч м м |
|
Таблица й |
||
|
срезе, снимаемого гимной |
|||||
|
и вспомогателыюй режущими кромками |
|||||
|
|
|
Осевые вибрации |
|
||
Режущая хромка |
Толщина |
|
Сдвиг |
Iqpeaaa |
Сдвиг |
|
|
среза |
пофаае |
по фазе |
|||
Главная |
О/ |
Я |
Ь —const |
~ |
||
т |
- “ |
|||||
|
|
|
|
|||
Вспомогательная |
o1 = const |
|
— |
bu |
* |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Продолжение табл. 2 |
||
|
|
|
Радиальные вибрации |
|
||
Режущая кромка |
Толщина |
Сдвиг |
Ширина |
Сдам- |
||
|
среза |
по фазе |
среза |
по фазе |
||
Главная |
O i |
* |
|
bt |
0 |
|
2 |
Щ |
|||||
|
|
|
|
|||
Вспомогательная |
а и |
|
0 |
b it |
тс |
|
|
|
П р и и е ч а и к е. в таблиц*» лрядедеиы зшзлояяа сдвига фаз отиоейтельно ниОрадноншго перемещения и:негрумента по аахону У ~ А у 0оз■<ûf.
поверхностям допускают значительно более высокие режимы вибраций. Это является одной из причин отри* дательного влияния вибраций в радиальном направле нии на процесс резания. Кроме того, при вибрациях этого направления весьма сильно ухудшается чистота обработки, так как перемещение режущей кромки при вибрациях фиксируется непосредственно на обработан ной поверхности. В этом случае основная нагрузка при дополнительном колебательном движении восприни мается вершиной инструмента и вспомогательной режу щей кромкой. Результатом этого являются повышенный износ и выкрашивание твердосплавных кромок.
КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИИ С ВИБРАЦИЯМИ В ТАНГЕНЦИАЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ
Кинематика процесса резания 'с тангенциальными вибрациями существенно отличается от кинематики резания с осевыми и радиальными вибрациями. Основ ными особенностями ее являются (рис. II): I) сохра нение неизменными в первом приближении размеров
продольного и |
поперечного сечений срезаемого слоя; |
2) колебание за |
один цикл в больших пределах скоро |
стей резания, при этом их значения могут ■существенно превышать скорости, с которыми выполняется обычное резание; 3) микропрофиль обработанной поверхности в этом случае мало отличается от профиля поверхности, получаемого при обычном резании.
При резании с тангенциальными вибрациями глав ное движение резания становится неравномерным и
протекает со скоростью резания |
|
Vpe — V0KP-f Vel ----vwp+ A^cosW м/мищ |
|
Ave = О.ОбДг*) = 0,12л — fAx м/мин. |
(2.49) |
Колебания скорости резания при этом виде обра ботки с вибрациями могут быть весьма большими. Так, при наших экспериментах были опробованы режимы: частота /=500 гц, амплитуда AZ=Q£ мм. В этом случае прирост скорости резания Ди„ = 38 м}мин. Точение с
ультразвуковыми колебаниями в тангенциальном на правлении /= 2 0 кгц, Лг=20 лис дает До’* = 150 MJMUH.
Колебания в столь больших пределах скоростей реза ния может привести к качественному изменению про цесса резания, когда операции, характеризующиеся не прерывным процессом резания (точение, сверление, на резание резьб), могут выполняться с прерывистым резанием. Это будет иметь место в той части периода колебаний, когда vee >о<жР; в это время будет проис
ходить отрыв передней поверхности инструмента от обрабатываемого материала.
Размеры поперечного сечения срезаемого слоя при резании с тангенциальными вибрациями малых ампли туд изменяются незначительно,— этими величинами можно пренебречь. При значительном повышении амп литуд колебаний и малых диаметрах деталей это изме нение необходимо учитывать. Они выражаются в
Nt -N,
Рис. 11. Элементы срезаемого слоя и рабочие углы при резании с тангенциальными вибра циями
изменении глубины резания, приводящем к колебаниям толщины срезаемого слоя и его ширины. Переменная составляющая глубины резания определяется по фор муле (рис. 12)
=л*[/|+Ш’ -£]“■ (2-50)
В общем случае между амплитудой колебаний и из менением глубины резания имеет место нелинейная зависимость. Однако амплитуда колебаний Az много
меньше — , поэтому в нервом приближении можно при-
2
■пять линейную зависимость между ними: Дt„ —kAAz; kA — коэффициент, зависящий от диаметра обработки и
амплитуды колебаний. Текущие значения толщины и ширины среза при изменении толщины срезаемого слоя
по закону |
t't — f+ à fesin wf мм |
при |
предыдущем |
без- |
||
вибрационном проходе |
инструмента |
будут |
|
|
||
|
at = |
а + До* sinerf; |
|
|
|
|
b't = b |
A&ésinorf; &ae — Atecoste; |
Ab8= |
. (2.51) |
|||
|
|
|
величин Дt'e, |
sinç) |
|
|
Следовательно, изменение |
Да' |
про |
исходит однофазно.
Продольное сечение срезаемого слоя при обработке с тангенциальными вибрациями будет так же, как и при осевых и радиальных вибрациях, переменным за счет изменения толщины срезаемого слоя. Поэтому при ана лизе элементов продольного сечения срезаемого слоя будут верны все рассмотренные выше зависимости. Вместе с тем процесс резания главной режущей кром кой с тангенциальными вибрациями, аналогично ра
диальным, характеризуется |
также |
наличием усилия |
|
Д о б у с л о в л е н н о г о дополнительной |
шириной сре- |
||
замого слоя, изменяющейся |
в фазе |
с |
вибрационным |
движением инструмента; ее величина |
|
|
|
Д Ь‘= Ы° |
|
|
(2.52) |
шиsin?Y !Sin<f Аг мм. |
Таким образом, суммарная сила резания главной режущей кромки Р \ обусловленная процессом резания
3 В. Н* Подурзе# |
65 |
О )
о>
ПО у 0 1
Z ^ s in ù J t
Рис. 12. Влияние исходного положения режущей кромки на характер изменения сечения срезаемого слоя при тангенциальных вибрациях
с тангенциальными вибрациями по |
закону г=Л 2sin ш/, |
|
будет |
! |
|
К - |
Р' -{- АР[асos И — ай) + |
APlt sin юi. (2.53) |
Векторная диаграмма изменения сил, действующих на инструмент, и перемещений его будет аналогична ра диальным вибрациям. Текущее значение силы резания Р„, складывающееся из ее составляющих на главной Р'
и вспомогательной Р ” |
режущих |
кромках |
при танген |
|
циальных вибрациях z= A tsm<i)t'. |
|
|
||
Р а = Р ' + |
APloCOS (erf — ш) + |
ДРдь sin erf; |
||
Р а — Р " + |
ДРд«sinerf 4- ДР&ь COS (trf— ш); |
,2 |
||
Р е = Ре + Р* = (Р' + Р") + (ДРДо + ДРм) X |
||||
X cos (<rf—n i) |
(ДРдь f АРдв) sinerf. |
|||
Отличительной особенностью процесса резания с |
||||
Тангенциальными вибрациями является |
качественная |
зависимость кинематики процесса от положения верши ны инструмента относительно оси центров обрабатывае мой детали. Исходное положение инструмента опреде ляется с учетом его снижения при установке % и ста тической деформации под действием силы резания х, т. е. h—Ху-\-х. Действительно, если вершина инструмен
та расположена .ниже оси вращения обрабатываемой детали и амплитуды возникающих вибраций не превы шают этого смещения, т. е. Az<Ch (рис. 12, а), то изме
нение параметров срезаемого слоя происходит синхрон но с перемещениями инструмента при колебаниях. Этот случай имеет место при осевых и радиальных вибра циях; выше он рассмотрен применительно к танген циальным вибрациям. Если исходное положение верши ны инструмента совпадает с осью вращения детали, т. е. /i= 0, то при вибрациях изменение поперечного сечения
срезаемого слоя будет происходить только в сторону уменьшения по сравнению с обычным резанием. В этом случае возникновение тангенциальных вибраций приво дит к изменению параметров срезаемого слоя с вдвое большей частотой (рис. 12, б); при этом на систему бу
дет действовать сила резания |
|
|
Рв — Р + (Д |
+ ДРдб) сой (erf— ni) + |
|
+ ( + |
ДРдв) sin 2 со/. |
(2.55) |
Более общий случай имеет место при Az> h (рис. 12, в), при этом в момент перехода вершины виб* _
рирующего инструмента через ось вращения обрабаты ваемой детали происходит изменение частоты колебаний элементов срезаемого слоя.
Геометрические параметры режущей части инстру мента при резании с вибрациями в тангенциальном на правлении определяются положением передней и зад ней поверхностей инструмента относительно непрерывно
меняющих свое положение ПРв я ОП#4 |
|
|
||||
Кинематический угол, |
обусловленный вибрационным |
|||||
движением |
в |
тангенциальном направлении, |
= |
|||
=Ajiecoscof; |
текущие'значения |
рабочих углов |
инстру |
|||
мента |
|
|
|
+ Дрв cos toi; |
|
|
а, = а — рЛ }- р„ |
а — |
|
|
|||
=.V + |
— (*i = T + |
— Ap* costal. |
|
|
||
Определим значение а*: |
|
|
|
|||
at ~ a — arctg-------—--------град. |
|
(2.56) |
||||
|
|
|
Щкр + offc6s«< |
|
|
При резании с тангенциальными вибрациями воз можна обработка в двух режимах — непрерывное и пре рывистое резание, при этом переход на прерывистое ре зание возможен по двум причинам: вследствие сниже ния толщины срезаемого слоя на части периода колебаний до нуля, как это имеет место при резании с осевыми вибрациями [см. формулу (2.11)], и вследст
вие превышения скорости вибрационного движения окружной скорости равномерного движения. В этом слу чае характер отрыва рабочей кромки инструмента не сколько иной и происходит преимущественно только по передней поверхности.
Рассмотрим рабочие углы инструмента при непре рывном резании с тангенциальными вибрациями. Мини мальное значение рабочего заднего угла а^1" для этого
случая, когда Дов< о ож„, |
< 1, т. е. |
V(>Kp
аГ!п = а ~ ( р Л4 ь ) =
= * - * « * , |
( 2 ' 6 7 ) |
Из gtoro выражений при л™'” = 0 можно получить
Минимальный угол заточки инструмента, исключающий При резании с тангенциальными вибрациями затирание по главной задней поверхности:
сГ ° = arctg— nS° sln<P ерад. |
(2.58) |
п (/id — 120fAj |
|
Следовательно, всегда a™in = « —а™*11; « — угол за точки. Для заданной геометрии заточки‘инструмента и режимов резания можно определить предельные режи мы вибраций, не вызывающие периодического затира ния инструмента по главной задней поверхности. Для этого примем а™'п = 0; тогда
|
|
|
|
|
|
|
|
(2-59> |
В |
наших экспериментах точение |
заготовок |
диамет |
|||||
ром |
100 мм из стали Х18Н9Т с |
тангенциальными виб |
||||||
рациями |
проводилось |
резцами |
Т15К6 с |
геометрией |
||||
ct= 10°, ф=45°, |
при |
постоянной |
подаче |
на |
оборот |
|||
0,4 мм/об |
и с |
тремя |
скоростями |
резания |
>120, 100, |
80 м/мин. Предельные режимы вибраций определяются
в этом случае с достаточной точностью только первым
членом, г. е. (/Л2) шах= - ^ ,и соответственно равны 318,
265 и 213 мм/сек. Например, точение при скорости реза ния 80 м/мин с частотой тангенциальных вибраций 500 гц возможно без затирания по главной задней по верхности только с амплитудами не выше 0,42 мм. Ис следованные в экспериментах режимы вибраций Аг=
—0,1 мм, /= 500 гц не приводят к затиранию инстру
мента. Переход на точение с ультразвуковыми колеба ниями в тангенциальном направлении дает возможность использовать относительно малые амплитуды, в нашем
случае не более |
10 мк. |
Эксперименты на приведенных режимах ультразву кового точения выполнены в ЦНИИТМАШе [ 12]. Они
показали, что стойкость резцов из быстрорежущей ста ли значительно снижается при превышении этих зна чений амплитуд, что подтверждает правильность приве денных выше формул.
Определим зависимость минимального необходимого угла заточки аша от соотношения скоростей колеба
тельного движения Ди, и окружной скорости вращения обрабатываемой детали v ^ :
Ди?
/îi>
Чкр ’
где kv— скоростной коэффициент;
ос* — ос ос —■ос arctg■
vonp
= а —arctg
°скр (1 ^£l)
Следовательно, зависимость ага1а от й„ следующая:
_min |
___ vsa/voKp |
а=arct« IT - W M
"агс‘8 т п г щ - гр*>- |
(2.60) |
Из формулы видно, что при Дов =0, т. е. при реза
нии без вибраций, минимальный задний угол, исклю чающий затирание, крайне мал и определяется только кинематическим углом, обусловленным движением по
дачи ре—arctg -^ге- . Рост kv незначительно повышает
значение а10111 и только в области значений, близких к
единице, необходимый задний угол резко возрастает до 90û. Это позволяет сделать вывод, что кинематика реза ния с тангенциальными вибрациями допускает обработ ку с любыми значениями kv, исключая значения, близ
кие к единице, когда скорость колебательного движения равна окружной скорости вращения обрабатываемой детали (рис. 13). Это равенство определяет одновремен но и момент перехода от непрерывного резания к пре рывистому; оно имеет место при соотношении парамет ров резания и вибраций:
&v» = VOKP м/лшн; fAx = |
мм/сек. |
Эта зависимость по сравнению с формулой, опреде ляющей условия затирания по задней поверхности, от личается только вторым членом, имеющим относитель но малую величину при обычных режимах резания. Следовательно, непрерывная обработка резанием с