Упругая система станка

Основным исходным положением динамики станков является представ­ление о замкнутости динамической системы станка. Эта замкнутость опре­деляется взаимодействием элементов упругой системы (УС) станок-приспо­собление-инструмент-деталь (СПИД) с рабочими процессами, т.е. с про­цессами резания, трения, электромагнитными, гидродинамическими, тепло­выми и т.п. (рис. 10.1, а).

Для анализа рабочих процессов пользуются разбиением замкнутой системы на эквивалентные элементы. В частности, для анализа динамики процесса резания эквивалентная упругая система ЭУС включает собственно упругую систему, процесс трения и процессы в двигателе (рис. 10.1, б).

Рис. 10.1. Схемы: а) замкнутой и б) одноконтурной динамической системы станка

Установлено, что частота колебаний мало зависит от режимов реза­ния и геометрических параметров инструмента, а определяется в основном жесткостями и массами элементов системы СПИД. С увеличением жесткости и уменьшением массы частота колебаний увеличивается. Поэтому при уве­личении вылета резца частота колебаний его режущей кромки уменьшается. Амплитуда колебаний зависит как от массы и жесткости колеблющегося элемента, так и от геометрии инструмента, режимов резания, физико-ме­ханических свойств обрабатываемого и инструментального материалов.

Система СПИД является многомассовой системой с большим числом степеней свободы. Поэтому в резании наблюдается очень широкий частот­ный спектр колебаний. Различают колебания низкочастотные, близкие по частоте к значениям собственных частот шпиндельной группы станка; и высокочастотные, по частоте близкие к собственным частотам колебаний инструмента. К первой группе относятся колебания с частотой 20-200 Гц, ко второй группе - 1000-4000 Гц. При использовании сборных инструмен­тов с механически закрепляемыми режущими пластинами наблюдаются коле­бания с частотами 10 кГц и выше, близкими к собственным частотам коле­баний режущих пластин и элементов их крепления. Наличие в резании ши­рокого частотного спектра колебаний приводит к тому, что траектория реального относительного движения инструмента и детали является очень сложной. Поэтому при анализе колебательных явлений рассматривают коле­бания отдельных элементов системы СПИД в направлениях координатных осей Z, X и Y, совпадающих с направлениями составляющих сил резания.