Вибрационное резание

Кумабэ Д.

Машиностроение, 1985 г.

МЕХАНИЗМ ВИБРАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ

В гл. 1 рассмотрена история разработки вибрационного резания, при котором на вершине резца создается импульсная сила. В гл. 2 представлены явления, которые возникают при таком резании.

Целесообразно дать анализ механизма резания с вибрациями. На рис. 3.1 поясняется связь между движением обрабатываемой детали и колебаниями режущей кромки резца. Процесс по сути дела сводится к непрерывным испытаниям на удар множества образцов.

При испытании на удар одного образца на маятниковом копре первоначально маятник находится в точке покоя — на высоте h_vНачиная двигаться из этой точки, маятник ломает образец и после этого поднимается на высоту h₂. Энергия удара определяется разностью высот h_x—h₂. В рассматриваемом случае после испытания маятник может беспрепятственно совершать гармонические колебания. Если организовать такие испытания на ударную вязкость, ьри которых необходимо в кратчайшее время разрушить большое число образцов, то потребуется после удара маятника каждый раз быстро возвращать его в точку с первоначальной высотой h_x. В представленной модели за один период колебания маятника должно заканчиваться испытание одного образца. Если согласовать движение маятника с подачей испытуемых образцов и осуществить регулярные многократные испытания, то можно будет быстро определить ударную вязкость большого числа образцов. При этом потребуется специальный источник энергии, обеспечивающий регулярные колебания маятника с частотой fи амплитудой а. Образцы должны подаваться с определенной скоростью и, которая должна быть меньше 2παf. Для измерения сил, возникающих при ударах, можно воспользоваться датчиками ускорений, устанавливаемыми или на маятнике, или на приспособлении, на котором закреплена обрабатываемая деталь.

При использовании устройства, обеспечивающего непрерывную подачу образцов, и устройства, создающего колебания, такую машину можно назвать вибрационным маятниковым копром для испытаний на ударную вязкость. Поскольку здесь приходится иметь дело с непрерывно возникающими регулярными импульсами, можно воспользоваться термином «испытания на ударную вязкость при непрерывных импульсных воздействиях». Второй термин применительно к обрабатывающим станкам менее удачен; возможен также вариант названия «испытательная ударная машина непрерывного действия маятникового типа».

Чтобы обеспечить непрерывные ударные воздействия на обрабатываемую деталь в направлении резания, необходимо на рис. 3.1 заменить маятник резцом и обеспечить скорость резания ι>, не превышающую 2παf. При испытаниях на ударную вязкость используют образцы длиной s, расположенные с постоянным интервалом . При вибрационном резании обрабатываемую деталь можно разбить на равные элементы—интервалы , характеризуемые соотношением между скоростями колебаний резца и движения обрабатываемой детали. На этих интервалах будет происходить регулярная деформация стружки. При проведении испытаний на ударную вязкость нужен и соответствующий интервал, в котором образец мог бы разрушиться. Поэтому при сдвиге и деформировании, связанном с образованием стружки, приходится допускать, что отделяемая стружка скользит по передней поверхности резца (рис. 3.2). Тогда можно считать, что чем короче интервал l_Ttтем легче деформируется стружка. Этот интервал определяется как отношение l_T= vlf. Чтобы уменьшить его, необходимо или уменьшать скорость и, или увеличивать частоту колебаний f.Существенное влияние на эффективность вибрационного резания оказывает интервал 1_Т. Колебания, прикладываемые к резцу, в данном случае можно рассматривать как необходимое средство создания импульсных сил. Исходя из используемого здесь устройства и поведения резца, можно назвать такое резание вибрационным. Если же иметь в виду характер изменения сил резания, то можно считать этот вариант резания импульсным. Единственным способом создания импульсных сил является приложение вибраций к резцу. Только благодаря этому обстоятельству далее решено использовать термин «вибрационное резание», или «резание с вибрациями». Может сложиться впечатление, что рассматриваемый процесс основан на использовании простых колебаний, создаваемых с целью улучшить процесс обработки. Однако на самом деле это совершенно не так. Резание с вибрациями — это рациональный способ обработки, при котором сущность резания проявляется наиболее полно.