Колебания при резании

При резании возникают колебания различной частоты, амплитуды и интенсивности. Они оказывают влияние на процесс стружкообразования, качество обработанной детали и работоспособность РИ.

При определенных условиях резания и значениях амплитудно-частотных характеристик эти колебания благоприятны, т.к. они облегчают пластическое деформирование обрабатываемого материала. В других интервалах этих характеристик – колебания могут привести к усталостному выкрашиванию режущей части инструмента, интенсивному изнашиванию, а иногда и к поломке.

Колебания используются для диагностирования состояния процесса резания и инструмента. Диагностика основана на измерении при резании параметров колебаний упругой системы станка в широком частотном диапазоне. Колебания условно разделяют на три диапазона частот:

низкочастотный − частота до 1 кГц;

среднечастотный – от 1 кГц до 50…80кГц (виброакустические колебания);

высокочастотный – от 80 кГц до 100 КГц (акустическая эмиссия).

Источниками возбуждения низкочастотных колебаний упругой ТС являются различные периодические процессы:

§ биение вращающихся тел (шпинделя, зубчатых колес и т.д.);

§ прерывистость процесса резания (например при фрезеровании);

§ периодичность образования стружки и нароста.

Источниками возбуждения виброакустических колебаний в среднечастотном диапазоне являются также периодичность образования элементов стружки, сложное фрикционное взаимодействие инструмента с обрабатываемом материалом и др.

Источником высокочастотных колебаний являются процессы трения и деформирования.

Помимо того, что колебания используются в качестве диагностических признаков состояния РИ, они могут являться признаками состояния технологического оборудования.

Колебания, возникающие при резании, регистрируются с помощью датчиков, основанных на использовании пьезоэлектрического эффекта. Датчик преобразует в электрический сигнал ускорение колебательных движений инструмента или той части станка, на которой он установлен.

Датчик состоит из трех основных компонентов: корпуса, пьезоэлемента и так называемой «сейсмической массы» - груза.

Принципиальная схема датчика показана на рис. 6.3.

напряжения между противоположными гранями будет изменяться пропорционально ускорению колебательных движений, т.е. механические колебания будут отображаться колебаниями электрического тока. Регистрируется электрический сигнал с помощью измерительного комплекса 5.

Для получения информативного сигнала колебаний важно правильно определить место установки датчика. Критерием правильности выбора места может быть наибольшая разница между уровнем сигнала в процессе резания и на холостом ходу станка.

Для преобразования и анализа электрического сигнала, отображающего колебательные процессы, может быть использован комплект типовой аппаратуры, структурная схема которого показана на рис. 6.4.