Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 3 2019 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS госиловых нелинейных взаимодействий и упру- гих деформационных смещений. Показано, что возбуждаемые вибрации, во-первых, приводят к заметным вариациям траекторий простран- ственных движений вершины инструмента от- носительно заготовки, которые изменяют силы резания. Во-вторых, на эти траектории оказы- вают влияние деформационные смещения, за- висящие от динамических параметров взаимо- действующих подсистем. Поэтому, в отличие от ранее выполненных исследований, параметры динамической связи резания необходимо рас- сматривать зависящими от формируемых тра- екторий. Причем функциональная связанность траекторий и сил в зависимости от частотного диапазона вибрационных возмущений, их раз- маха и ориентации приводит к различным нели- нейным эффектам, изменяющим динамику про- цесса резания. В низкочастотной области, лежащей ниже собственных частот колебательных контуров, формируемых подсистемами инструмента и за- готовки, вдоль периодической траектории де- формационных смещений возможна потеря устойчивости. Тогда в ее окрестности образу- ются различные притягивающие множества де- формационных смещений. Наблюдается их ди- намическая перестройка в виде бифуркаций (как правило, преобразования предельного цикла в инвариантный тор и хаотический аттрактор). Такие преобразования формируют в геометри- ческой топологии обрабатываемой поверхности периодические изменения шероховатости и вол- нистости. Например, биения шпиндельной груп- пы могут влиять не только на волнистость по- верхности, но и на ее шероховатость, частотный состав которой существенно превышает частоту биений. В среднечастотном диапазоне, расположен- ном в области вариации собственных частот колебательных контуров взаимодействующих подсистем, вводимые колебания приводят к раз- личным эффектам, из которых можно выделить два наиболее важных. Во-первых, они приво- дят к параметрическим эффектам, например к эффекту параметрического самовозбуждения, изменяющему диаграммы устойчивости в па- раметрическом пространстве технологических режимов. Так, по мере увеличения скорости резания вместо традиционного увеличения за- паса устойчивости наблюдаются периодически повторяющиеся области устойчивости, сле- довательно, рациональные значения скорости резания. Во-вторых, они вызывают взаимное влияние отдельных частотных составляющих периодических движений, приводящее к син- хронизации и асинхронному взаимодействию колебательных смещений. Это приводит к ви- брационному устранению некоторых притя- гивающих множеств, например, предельных циклов, к образованию супернизкочастотных колебательных смещений, к формированию ди- намической постоянной составляющей и пр. Все эти обнаруженные эффекты не только изменяют траектории формообразующих движений, но и зависящую от них геометрическую топологию формируемой резанием поверхности. При этом изменяются и (или) образуются не только волни- стость и шероховатость поверхности, но и изме- няется за счет динамического смещения диаметр формируемой резанием детали. В высокочастотной области, лежащей за пределами полосы пропускания колебательных контуров взаимодействующих подсистем, высо- кочастотные колебания изменяют параметры и свойства динамической связи в низкочастотной области. Это связано с эффектом усреднения по периодам колебаний периодических составляю- щих сил. Как правило, эти колебания стабилизи- руют траектории формообразующих движений в среднечастотном и низкочастотном диапазоне. Однако выявлены случаи ухудшения динамики системы при возбуждении высокочастотных ко- лебаний, особенно в направлении, нормальном к поверхности резания. Частотный состав управляемых от ЧПУ траек- торий движений исполнительных элементов стан- ка ограничен полосой пропускания серводвига- телей. Поэтому непосредственное управление деформационными смещениями инструмента относительно заготовки в широком частотном диапазоне не представляется возможным. Одна- ко эти траектории, задающие технологические режимы, можно рассматривать как параметры, управляющие свойствами динамической систе- мы резания. В синергетической терминологии они определяют параметры порядка в системе. В связи с этим при составлении программ для станков с ЧПУ необходимо не только обеспе- чивать требуемые траектории исполнительных