Особенности динамической системы станка

Для правильного понимания динамических явлений, протекающих при работе станков, необходимо четко различать понятия динамического и рабочего процессов и их воз­действия на станок как систему.

Динамическим процессом называется изменение параметров систе­мы, в том числе и параметров, характеризующих рабочие процессы под влиянием внешних воздействий (разгон, торможение, колебания и т.п.).

Рабочим процессом называется комплекс физико-химических явле­ний, протекающих в данном подвижном соединении (резание, трение и т.п.).

При работе станков возникают свободные, вынужденные, парамет­рические колебания и автоколебания.

Свободные колебания возникают после того, как упругая система станка выведена из состояния равновесия, а затем, после снятия внешних возмущений, предоставлена са­мой себе.

Вынужденные колебания вызываются внешними возмущающими силами от процессов, протекающих в станке, от погрешностей изготовления и оборки элементов станка, от работающего вблизи оборудования (через фундамент) и т.д.

Параметрические колебания порождаются изменениями параметров самой системы, например, жесткости зубчатого зацепления (вследствие чередования зацепле­ния одной и двух пар зубьев прямозубых колес и т.п.) или условий резания (вследствие изменения сечения среза, ориентации режущего инструмента относительно плоскости резания и т.п.).

Автоколебания обусловлены особенностями самой системы и ха­рактеристик рабочих процессов станка (резания, трения и др.). Они поддерживаются внешними источниками энергии не колебательного ха­рактера. Воздействие рабочих процессов вызывает такие упругие пе­ремещения элементов системы, которые, в свою очередь, увеличивают силу резания и трения настолько, что система теряет устойчивость.

Динамическое качество станкаопределяется при исследовании станка как единой системы, включающей собственно станок, приспособление, инструмент, деталь в их взаимодействии с рабочими процессами (резанием, трением, электро- и гидродинамическими и т.п.). Основными показателями динамического качества станка являются:

- запас и степень устойчивости;

- отклонения параметров системы при внешних воздействиях;

- быстродействие.

Запас устойчивости характеризует возможности изменения того или иного параметра системы без потери ее устойчивости. Потеря станком устойчивости выражается в появлении вибраций или «подрыва­нии» инструмента, в неравномерном скачкообразном перемещении узлов или их заклинивании. Запас ус­тойчивости выражается отношением предельного значения параметра к его текущему значению. Для устойчивой работы системы запас устойчивости должен быть больше единицы.

Степень устойчивости определяет способность системы рассеи­вать энергию, вносимую внешним воздействием. Чем больше степень устойчивости, тем быстрее затухает переходный процесс. При ступенчатом изменении припуска на детали, например, при врезании инструмента в заготовку в начале резания, происходит увеличение силы резания, вызывающее колебательные смещения инстру­мента и заготовки друг относительно друга. Если амплитуда колебаний с течением времени уменьшается ‑ система устойчива, если возрастает (или ос­тается постоянной) ‑ неустойчива. Степень устойчивости оценивается логарифмическим декрементом колебаний.

Логарифмический декремент колебаний определяется логарифмом отношения амплитуд колебаний системы по нормали к поверхности резания:

где А_n и А_n+1– предыдущая и последующая амплитуды колебаний системы относительно нового установившегося положения инструмента и детали.

Быстродействие системы определяет быстроту завершения пере­ходного процесса и выражается продолжительностью изменения выход­ного параметра системы. Чем меньше время переход­ного процесса, тем быстрее параметры системы принимают новые ус­тановившиеся значения.