Obrabotka Metallov 2015 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (68) 2015 76 ОБОРУДОВАНИЕ. инструменты При этом СПИЗ подвержена вынужденным колебаниям различной природы. Выделяют ви- брации, возникающие в инструменте, в том чис- ле самопроизвольно, и вибрации, передающиеся от станка, по причине недостаточной жесткости его элементов [3, 4, 5]. В работе [6] отмечено, что в процессе резания на борштангу действу- ет крутящий момент, который совместно с не- равномерным сходом стружки приводит к изме- нению усилия резания и вызывает крутильные колебания и вибрации. Вибрации достигают наибольшей амплитуды при резонансе, т. е. при кратности частоты вынужденных колебаний за- готовки, определяемой режимом обработки, ча- стоте собственных колебаний инструмента [7]. Так как длина борштанги изменяется по мере обработки, происходит смещение резонансных частот. Установлено, что частота продольных и крутильных колебаний не меняется в процессе обработки, а частота поперечных колебаний ме- няется [2]. Это снижает эффективность исполь- зования известных пассивных демпферов [8, 9, 10], так как их настройка возможна на умень- шение амплитуды колебаний для одной частоты вынужденных колебаний. Виброизоляторы не обеспечивают снижения амплитуды вибраций инструмента при резонансе, так как изолируют инструмент только от вибраций, передающихся от станка при контакте металл-металл. Известные системы управления положением инструмента и активные динамические гасители [11, 12, 13] обеспечивают уменьшение амплиту- ды вибраций инструмента за счет использования оперативной информации о процессе обработки и привода перемещения инструмента. Такие си- стемы являются дорогостоящими и требуют осо- бых условий эксплуатации, поэтому их исполь- зование не всегда целесообразно. В работе [14] описана теоретическая возмож- ность снижения амплитуды колебаний маятни- ка, оснащенного гироскопическим успокоите- лем. Этот подход может быть использован для снижения амплитуды колебаний расточного ин- струмента. Целью работы является повышение точности обработки глубокого отверстия за счет снижения амплитуды вибраций инструмента, в том числе при резонансе. Основная задача – разработка метода виброгашения инструмента в широком диапазоне частот его вынужденных колебаний с использованием свойств двухстепенного гиро- скопа. В рамках метода виброгашения предложен инструмент [15] для обработки глубоких от- верстий, оснащенный стабилизатором, выпол- ненным в виде корпуса, в котором на одной оси установлены два двухстепенных гироскопа в кардановом подвесе. Оси вращения роторов гироскопов расположены взаимно перпендику- лярно, а рамы выведены из равновесия закре- пленными на них дополнительными грузами. Каждый гироскоп реагирует на вибрации от- клонением своей рамы, которая качается около положения равновесия в противофазе с вынуж- денными колебаниями, что приводит к уменьше- нию их амплитуды. Такая схема обусловливает снижение составляющих амплитуды колебаний каждым из гироскопов в соответствии с положе- нием осей вращения их роторов, что позволяет обеспечить гашение вибрации инструмента, воз- никающей в произвольном направлении. Методика экспериментального исследования Для исследования характеристик работы модели каждого из гироскопов разработан экс- периментальный стенд (рис. 1). Цель экспери- мента – определение эффективности снижения амплитуды резонансных колебаний по пред- ложенному методу. Под термином «эффектив- ность» следует понимать a = A 1 / A 0 отношения амплитуды A 1 колебаний модели в поперечном направлении с активным гироскопическим ста- билизатором (скорость вращения ротора w ≠ 0) к амплитуде A 0 модели с неактивным стабили- затором (скорость вращения ротора w = 0). Ча- стота вынужденных колебаний варьировалась в диапазоне 152…1100 рад/с для четырех значе- ний частот собственных колебаний, определяе- мых суммарной жесткостью подвесов гироскопа (ω 01 = 9,41 рад/с, ω 02 = 9,55 рад/с, ω 03 = 9,99 рад/с, ω 04 = 10,11 рад/с). На плите-основании 1 (рис.1) установлены кронштейны 2 и 3 , которые поддерживают с по- мощью упругих подвесов 4 корпус модели  5 с гироскопическим стабилизатором колебаний. Модель 5 содержит ротор 6 , соединенный с поворотной рамой 7 . Рама соединена с корпу- сом модели 5 посредством карданного подвеса.