Моделирование процесса формирования радиальной составляющей силы резания при колебаниях

Операции резания обеспечивают требуемое качество изделий путем формирования поверхностей деталей заданных размеров, пространственного расположения и шероховатости. Зона стружкообразования, в том числе и подрезцовая часть обработанной поверхности, находятся в условиях неравномерного объемного напряженно-деформированного состояния. Эти условия формируют силовое взаимодействие между заготовкой и режущим инструментом, определяют стойкость режущих пластин и, в конечном счете, эффективность обработки.

Явления на задней поверхности режущего клина изучены в меньшей степени, чем в прирезцовой области стружки, и многие теоретические и практические проблемы не нашли еще однозначного решения.

Необходимо также изучить на физической модели, как меняются силовые параметры процесса резания во времени и в пространстве, когда по каким-либо причинам в упругой системе станка возникают процессы, имеющие следствием относительное смещение режущего инструмента и заготовки по нормали к поверхности резания.

Сопоставление результатов математического и физического моделирования может помочь глубже разобраться в процессах, происходящих в зоне контакта режущего клина с обработанной поверхностью. Такое сопоставление тем более необходимо, что в ряде случаев разрабатываемые математические модели стружкообразования не имеют точно очерченной области применения и четко сформулированной системы допущений.

Существующие методы анализа динамики процесса резания направлены по преимуществу на выявление условий устойчивости системы, что является, конечно, важнейшим условием нормального протекания процесса резания, однако при технологическом проектировании необходим оперативный расчет амплитуд и частот колебаний, сопровождающих процесс устойчивого резания.

Это требует применения математических моделей, позволяющих анализировать влияние технологических факторов на раскачивающее и демпфирующее влияние процесса стружкообразования. В этой связи предлагается обратить внимание на недостаточно изученный феномен роли контакта по задней грани режущего клина и обработанной поверхности. Протяженность этого контакта меняется в течение периода колебаний и зависит как от элементов режима резания, так и от амплитуды и частоты колебаний (через кинематический угол), при этом в определенных условиях может наблюдаться как раскачивающий динамическую систему эффект, так и демпфирующий, ограничивающий рост амплитуды определенным уровнем. Предлагаемая математическая модель позволяет в компьютерных экспериментах находить амплитуду установившихся колебаний с учетом нелинейных зависимостей, определяемых не только явлениями на передней поверхности, но и характеристиками переменного контакта по задней поверхности режущего клина.

В процессе резания происходит отделение материала от заготовки, сопровождаемое деформациями, связанными как со стружкообразованием, гак и вспахиванием материала со стороны задней поверхности инструмента. В некоторых исследованиях отмечалось, что силы вспахивания имеют более значительные величины, чем это полагали ранее. Ряд исследователей предпринимали попытки уточнить значение сил вспахивания и связать их с концепцией динамики процесса резания, качеством поверхностного слоя и воздействием на износ инструмента. Однако, хотя значительная часть исследователей согласны с тем, что силы вспахивания вносят существенный вклад в силы резания, многие вопросы в проблеме вспахивания остаются открытыми, а математическая модель вспахивания — не сформулированной, также как и не реализована физическая модель вспахивания в условиях относительных колебаний.

Поэтому актуальным направлением исследований представляется 6 разработка математических моделей, позволяющих изучить на ПК напряжения и деформации в подрезцовой области обработанной поверхности, с тем, чтобы расчетным путем решать вопросы, связанные с колебаниями в процессе резания, со стойкостью инструмента, с точностью обработки, с качеством обработанной поверхности и т. д.