Эффективные стратегии устранения вибраций токарного станка при поворотных операциях

Одной из распространенных неисправностей при токарной обработке является вибрация. Когда токарный станок вибрирует, нормальный процесс резания процессной системы нарушается и разрушается, что не только серьезно ухудшает качество обрабатываемой поверхности, но и сокращает срок службы станка и режущего инструмента. Поэтому необходимо принимать меры для уменьшения или устранения вибраций, возникающих в станке.

Сегодня мы в основном рассмотрим причины и меры устранения низкочастотной вибрации, вызванной деформацией системы заготовки и системы держателя резеца в процессе обработки.

01 Основные характеристики низкочастотной вибрации

После устранения вибрации вращающихся компонентов и передаточной системы станка, основным типом вибрации при токарной обработке является самовозбуждаемая вибрация, не меняющаяся со скоростью вращения.

Основные характеристики низкочастотной вибрации:

• низкая частота вибрации (50 ~ 300 Гц), низкий шум при вибрации
• Следы, оставленные на режущей поверхности заготовки, глубокие и широкие
• Вибрация интенсивная, что часто приводит к ослаблению деталей станка (например, тыльста, держателя резеца) и поломке твердосплавной пластины.

02 Причины низкочастотной вибрации

Во время низкочастотной вибрации при токарной обработке обычно вибрируют система заготовки и система держателя резеца (но в большинстве случаев вибрация системы заготовки велика и играет ведущую роль). Они то удаляются друг от друга, то сближаются, создавая силы равной величины и противоположного направления. В процессе вибрации, когда заготовка и резец удаляются друг от друга, сила резания F направлена в ту же сторону, что и смещение заготовки, и выполняемая работа положительна. Когда заготовка приближается к резцу, работа, совершаемая силой резания F при сближении, отрицательна.

Во время токарной обработки:

• трение между стружкой и передней гранью резеца
• Степень упрочнения металла, на который наезжает реzec при входе в заготовку и выходе из нее, различается
• Фактический геометрический угол резеца периодически меняется в процессе вибрации
• Во время вибрации относительная траектория движения резеца относительно заготовки представляет собой эллипс, что вызывает периодическое изменение сечения резания
• Следы, оставленные вибрацией заготовки при предыдущем обороте, вызывают периодические изменения сечения резания. Эти пять условий могут вызывать периодические изменения силы резания и делать фазовое расстояние f больше фазы сближения. Таким образом, в каждом цикле вибрации положительная работа силы резания на заготовке (или резеце) всегда больше отрицательной работы, которую она совершает на заготовке (или резеце), так что заготовка (или реzec) получает энергополнение и генерирует самовозбуждаемую вибрацию.

03 Меры устранения низкочастотной вибрации

(1) При низкочастотной вибрации вибрация в основном вызвана изменением силы резания, вызванным вибрацией в направлении Y, что делает фазовое расстояние f больше фазы сближения и порождает вибрацию.

В основном принимаются следующие 5 мер.

① Угол главной скошенности резеца (μ чем больше угол R), тем меньше сила FY, и тем меньше вероятность возникновения вибрации. Поэтому следует соответствующим образом увеличить главный угол скошенности резеца для устранения или уменьшения вибрации.

② Соответствующее увеличение переднего угла резеца может уменьшить силу FY и уменьшить вибрацию.

③ Если задний угол резеца слишком велик или лезвие слишком острое, реzec легко «вкусывается» в заготовку, что легко вызывает вибрацию. При соответствующей закалке резеца задняя грань может предотвратить «вкусывание» резеца в заготовку, что может уменьшить или устранить вибрацию.

④ При токарной обработке положение вершины резеца слишком низкое (ниже центра заготовки) или при растачивании на токарном станке положение вершины резеца слишком высокое, что уменьшает фактический передний угол вершины резеца и увеличивает задний угол, что легко вызывает вибрацию.

⑤ Если система держателя резеца имеет отрицательную жесткость, она легко «вкусывает» заготовку и вызывает вибрацию. Поэтому вибрацию, вызванную отрицательной жесткостью системы держателя резеца при токарной обработке, следует по возможности избегать.

(2) При токарной обработке, когда образуются широкие и тонкие стружки, вибрация в направлении Y вызывает изменение силы резания. Когда сечение резания широкое и тонкое, вибрация в направлении Y вызывает резкое изменение сечения резания и силы резания. Поэтому в этом случае вибрация возникает легко. Например, при токарной обработке продольным резцом, чем больше глубина резания, чем больше подача и чем меньше главный угол скошенности, тем шире и тоньше сечение резания, и тем легче возникает вибрация. Поэтому при выборе скорости токарной обработки следует избегать зоны средних скоростей, где сила резания уменьшается со скоростью (при обработке углеродистой стали диапазон скоростей 30 ~ 50 м/мин), и одновременно уменьшать силу резания каретки, соответствующим образом увеличивая подачу и уменьшая глубину резания, что также помогает подавить вибрацию.

(3) Недостаточная жесткость системы заготовки и системы держателя резеца является главной причиной низкочастотной вибрации. Для устранения или уменьшения вибрации можно принять следующие меры:

① При закреплении заготовки тремя или четырьмя лапками старайтесь минимизировать ошибку коаксиальности между центром вращения заготовки и центром вращения шпинделя, и избегайте вибрации, вызванной периодическим изменением силы резания из-за прерывистого резания или неравномерного резания из-за наклона заготовки.

② При обработке тонких и длинных заготовок, которые легко деформируются, изгибаются и вибрируют, используют эластичный центровой упор и вспомогательную опору, а также подают охлаждающую жидкость для охлаждения заготовок, чтобы уменьшить тепловое расширение заготовок.

③ При закреплении заготовки не выдвигайте ее слишком далеко. Для заготовки с недостаточной жесткостью используют соответствующую центровую опору, подножку резеца и центры и другие вспомогательные опоры для увеличения жесткости заготовки.

④ При использовании цетра, цетр и коническое отверстие цетра должны хорошо сочетаться, чтобы избежать изгиба заготовки из-за слишком большой силы выдавливания или качания заготовки из-за слишком малой силы выдавливания, и обратите внимание, чтобы вылет шпинделя тыльста не был слишком большим.

⑤ Зазор подшипника шпинделя станка напрямую влияет на точность вращения и жесткость шпинделя. Если зазор слишком велик и жесткость недостаточна из-за износа подшипника в процессе эксплуатации, зазор подшипника следует отрегулировать и создать предварительное натяжение для увеличения жесткости системы заготовки и устранения вибрации.

⑥ Регулярно проверяйте контакт между средней и большой каретами, и «ласточкин хвост» направляющей между малым держателем резеца и средней каретой, и регулируйте наклонный вкладыш для поддержания соответствующего зазора, чтобы избежать ползания при движении держателя резеца, вызывающего вибрацию системы держателя.

⑦ Каждый раз при вращении квадратной головки резеца для поворота резеца в нужное положение, квадратная головка должна быть нажата и зафиксирована, чтобы предотвратить ослабление квадратной головки, снижение жесткости системы держателя резеца и возникновение вибрации.