Среди большого многообразия деталей машин свыше 30 % занимают детали типа тел вращения. Такие детали условно делят на три типа в зависимости от соотношения длины L к наибольшему наружному диаметру D.
При L/D > 1 – это валы, оси, шпиндели, штоки, гильзы, стержни, стволы и т.п. При 2 > L/D > 0,5 – включительно втулки, стаканы, пальцы, барабаны и др., а при L/D < 0,5 – диски, кольца, фланцы, шкивы и т.п.
Одними из наиболее трудоемких при изготовлении являются детали, обладающие малой жесткостью, особенно нежесткие валы.
К нежестким относятся валы, собственная податливость которых значительно превышает податливость технологической системы. Отношение длины L к диаметру D таких валов более 12 (L/D > 12).
В виду малой жесткости обрабатываемого нежесткого вала технологическая система станок-приспособление-инструмент-заготовка оказывается крайне податливой к действию внешних поперечных сил и динамических факторов, сопутствующих процессу резания.
В связи с этим обработка таких деталей связана со значительными трудностями, обусловливаемыми деформацией обрабатываемой детали под действием усилия резания, а также возникновением вибрации детали в процессе обработки, которые бывают настолько интенсивными, что на практике вынуждают существенно снижать режим резания, прибегать к многопроходной обработке, приводят к снижению стойкости и долговечности режущего инструмента. Возникновение вибрации крайне нежелательно на конечных чистовых этапах обработки, когда резание происходит на малых глубинах, и нарушение безвибрационного движения детали и резца в зоне резания может привести к браку детали.
Проблема возникновения вибраций актуальна при металлообработке на станках в ЧПУ, так как кроме снижения точности обработки, вибрации в зоне резания могут приводить к ускоренному износу оборудования станка.
Наряду с этим, неуправляемые механические колебания со сравнительно большой амплитудой являются ограничивающим фактором при увеличении производительности процесса резания. Вместе с тем появление колебаний обусловлено наличием и взаимным влиянием технологических условий резания, внешних возмущающих сил и параметров упругой системы токарного станка. Поэтому повышение эффективности обработки нежестких валов, главным образом зависит от обеспечения устойчивости их обработки.
В настоящее время определение устойчивости часто проводится на основе опыта технолога. Существующие технологические методы определения устойчивости не обеспечивает необходимой точности. Связано это с тем, что используемые математические модели являются излишне упрощенными.
Успех в решении комплексной научной проблемы, заключающейся в повышении точности и производительности токарной обработки нежестких валов, наряду с традиционными способами в значительной степени предопределяется наличием адекватных математических моделей, способных описать взаимосвязь колебаний упругой системы станка и динамического процесса резания.
Согласно современному представлению, металлорежущий станок является сложной замкнутой многоконтурной динамической системой с большим многообразием сил и наличием различных обратных связей.
Основными элементами замкнутой динамической системы станка являются упругая система станка и динамический процесс резания.
Отсутствие в существующих математических моделях динамического процесса для несвободного косоугольного резания и учета нелинейных явлений, вызванных внедрением вершины резца в упруго-пластичную среду детали, делают их пригодными для описания лишь частных случаев свободного прямоугольного резания.
Недостаточность экспериментальной информации о таких определяющих динамический процесс резания составляющих как динамика стружкообразования, резание по следу, оставленному резцом на предыдущем обороте заготовки, нелинейные явления, вызванные внедрением вершины резца в упруго-пластичную среду детали, затрудняет решение практических задач по улучшению качества и точности обработки на металлорежущих станках.