Одной из частых неисправностей при точении является вибрация. При вибрации станка нарушается нормальный процесс резания технологической системы, что не только серьезно ухудшает качество обрабатываемой поверхности, но и сокращает срок службы станка и режущего инструмента. Поэтому необходимо принять некоторые меры для уменьшения или устранения вибрации, создаваемой станком.
В этой статье говорится о причинах и мерах по устранению низкочастотной вибрации, вызванной деформацией систем заготовки и подручника в процессе обработки .

Основные характеристики низкочастотной вибрации

После вибрации вращающихся компонентов и системы трансмиссии станка основным типом токарной вибрации является самовозбуждающаяся вибрация, не меняющаяся со скоростью токарной обработки.
Основными характеристиками низкочастотной вибрации являются:
✅ Низкая частота вибрации (50 ~ 300 Гц), низкий уровень шума при вибрации;
✅ Следы, оставленные на режущей поверхности заготовки, глубокие и широкие;
Сильная вибрация что часто приводит к расшатыванию деталей станка (таких как задняя бабка, подручник и т. д.) и поломке лезвия из цементированного карбида.
Причины низкочастотной вибрации
При низкочастотной вибрации во время токарной обработки обычно вибрирует система заготовки и подручника (но в большинстве случаев вибрация системы заготовки велика и играет ведущую роль). Они иногда отделяются друг от друга, а иногда сближаются, производя силы и реакции одинаковой величины и противоположных направлений. В процессе вибрации, когда заготовка и инструмент раздвигаются, сила резания F разделяется в том же направлении, что и перемещение заготовки, и совершаемая работа положительна. Когда заготовка приближается к инструменту, работа приближающейся силы резания F отрицательна.
Во время поворота:
✅ Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента.
✅ Степень упрочнения металла, с которым сталкивается инструмент при врезании и выходе из заготовки, различна.
✅ Фактический геометрический угол инструмента периодически изменяется в процессе вибрации.
✅ При вибрации траектория относительного движения инструмента к заготовке эллиптическая, что вызывает периодическое изменение сечения резания.
Следы, оставленные вибрацией заготовки при предыдущем вращении, вызывают периодические изменения сечения резания. Эти пять условий могут вызывать периодические изменения силы резания и приближать фазовое расстояние f к >f. Таким образом, в каждом цикле вибрации положительная работа силы резания над заготовкой (или инструментом) всегда больше, чем отрицательная работа, которую она совершает над заготовкой (или инструментом), так что заготовка (или инструмент) получает энергетическую подпитку и генерирует самовозбуждающуюся вибрацию.

✅ Низкочастотная вибрация в основном вызвана изменением силы резания, вызванным вибрацией в направлении Y, что приводит к приближению фазового расстояния f > f и вызывает вибрацию.

В основном принимаются следующие 5 мер:
① Главный угол отклонения инструмента ( μ чем больше угол R), тем меньше сила FY и тем меньше вероятность возникновения вибрации. Поэтому правильно увеличьте основной угол отклонения инструмента, чтобы устранить или уменьшить вибрацию.
② Правильное увеличение переднего угла инструмента может уменьшить усилие FY и уменьшить вибрацию.
③ Если задний угол инструмента очень велик или лезвие слишком острое, инструмент легко вгрызается в заготовку, что может вызвать вибрацию. Когда инструмент правильно пассивирован, задняя режущая поверхность может предотвратить «вгрызание» инструмента в заготовку, что может уменьшить или устранить вибрацию.
④ При токарной обработке положение острия инструмента слишком низкое (ниже центра заготовки) или при растачивании на токарном станке положение острия инструмента слишком высокое, что уменьшит фактический передний угол острия инструмента и увеличит задний, что может вызвать вибрацию.
⑤ Если система подручника имеет отрицательную жёсткость, легко «закусить» заготовку и вызвать вибрацию. Следовательно, вибрации, вызванной отрицательной жесткостью системы подручника при токарной обработке, следует избегать, насколько это возможно.
✅ Когда в процессе токарной обработки образуется широкая и тонкая стружка, вибрация в направлении Y вызывает изменение силы резания. Если режущая часть широкая и тонкая, вибрация в направлении Y вызовет резкое изменение поперечного сечения и силы резания. Поэтому в этом случае легко возникает вибрация. Например, при точении продольной фрезой чем больше глубина резания, тем больше скорость подачи и меньше главный угол отклонения, тем шире и тоньше сечение резания, и легче возникает вибрация. Поэтому при выборе скорости вращения следует избегать зоны средней скорости, в которой сила резания уменьшается со скоростью (при резке углеродистой стали диапазон скоростей составляет 30–50 м/мин), и одновременно уменьшать силу резания тележки.
✅ Недостаточная жёсткость систем заготовки и подручника является основной причиной низкочастотной вибрации. Для устранения или уменьшения вибрации могут быть приняты следующие меры:
① При зажиме заготовки тремя или четырьмя захватами постарайтесь свести к минимуму ошибку соосности между центром вращения заготовки и центром вращения шпинделя и избегайте вибрации, вызванной периодическим изменением силы резания, вызванным прерывистым резом или неравномерным резом из-за наклона заготовки.
② При обработке тонких и длинных заготовок, которые легко деформируются, изгибаются и вибрируют, используется упругий центр и вспомогательная опора, а СОЖ добавляется для охлаждения заготовок, чтобы уменьшить деформацию термического расширения заготовок.
③ При зажиме заготовки не вытягивайте заготовку слишком долго. Для заготовки с недостаточной жёсткостью для её увеличения используются центральная рама, опора для пятки инструмента и центр, а также другие вспомогательные опоры.
✅ Зазор подшипника шпинделя станка напрямую влияет на точность вращения и жёсткость шпинделя. Если зазор слишком велик, а жёсткость недостаточна из-за износа подшипника во время использования, следует отрегулировать зазор подшипника и применить предварительную нагрузку, чтобы увеличить жёсткость системы заготовки и устранить вибрацию.
✅ Регулярно проверяйте контакт между средней и большой кареткой, а также направляющую в форме ласточкина хвоста между малой опорой для ножа и средней кареткой, и регулируйте наклонную вставку, чтобы поддерживать соответствующий зазор и избежать смещения при движении опоры ножа, вызывающего вибрацию системы опоры для ножа.
✅ Каждый раз, когда квадратный держатель инструмента поворачивается, чтобы заставить инструмент повернуться в требуемое положение, он должен быть нажат и зафиксирован, чтобы предотвратить ослабление квадратного держателя инструмента, снижение жёсткости системы держателя инструмента и возникновение вибрации.