Диссертация (1025147), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Необходимость идентификации и уточнения расчетных моделейдинамики детали и инструмента для выбора рациональных режимовобработкиМатрицы , , , , , ,входящиевдифференциальных уравнений динамики системы (1.2)левуючастьвычисляются спомощью метода конечных элементов. В рамках применяемого подхода,движение заготовки и инструмента моделируется с помощью разложения пособственным формам колебаний. Параметрами модели динамики в данномслучае являются динамические характеристики заготовки: собственные частотыи формы колебаний, коэффициенты демпфирования.Собственные частоты и формы колебаний заготовки, вычисленные сиспользованием данных матриц, могут отличаться от соответствующих39значений, полученных экспериментально.
Причина этого различия заключаетсяв том, что при вычислении динамических характеристик заготовки возникаетнеобходимость решения задачи с неопределенными параметрами. Одним изглавных источников неопределенности при моделировании заготовки являетсяобласть мест крепления заготовки к технологической оснастке. Контактнаяжёсткость мест соединений, а также неизвестная жесткость самой оснасткивлияет на полученные значения собственных частот заготовки. Кроме того,форма заготовки может отличаться от твердотельной модели (CAD) вследствиеразброса параметров предварительных этапов технологического процесса.Форма и припуск заготовок, полученных в результате штамповки, литья илипредварительной черновой обработки часто отличаются даже в пределах однойпартии.
Отличия заготовок из разных партий могут быть обусловлены такжесвойствами используемого материала, характеристики которого варьируются отпартии к партии. Еще одной важной проблемой является необходимость учётавлияния податливости оснастки на динамику заготовки при моделированиидинамики фрезерования. Стоит также учитывать, что компоненты матриц , , изменяются в процессе обработки, вследствие снятия материала.Возможным решением данной проблемы является уточнение моделизаготовки/ инструмента по результатам модальных испытаний.
Данный приемпозволяет приближенно учесть влияние присоединенных узлов технологическойсистемы без необходимости геометрического моделирования этих узлов.Собственныечастотыколебанийикоэффициентымодальногодемпфирования, влияющие на динамику системы, могут быть определеныэкспериментально с помощью методов модального анализа. Собственныечастоты колебаний, определенные с помощью методов идентификации, должныбыть использованы для верификации и уточнения расчетной модели заготовкиизделия, в то время как коэффициенты демпфирования должны бытьиспользованы напрямую для моделирования динамики обработки.40Для корректного моделирования динамики обработки коэффициентыдемпфирования должны быть определены с максимально возможной точностью.Единственнойвозможностьюидентификациивыполнениякоэффициентовмодальногодемпфированияявляетсяанализадлявиброударноетестирование заготовки, закрепленной на станке.
Сложность определениякоэффициентов демпфирования заготовки усугубляется тем, что в процессеобработки они, также, как и собственные частоты, изменяются вследствие съемаматериала [125].Для того чтобы оценить эффективность выбранных режимов обработкинеобходимо с помощью имитационного моделирования определить зонывиброустойчивых и «чаттерных» режимов резания. Данное исследованиепредполагаетразработкуметодовдетектирования«чаттера»,которыенедостаточно изучены. Для решения данной задачи необходимо использоватьметоды цифровой обработки сигналов.1.6. Методы детектирования «чаттера» и выбора виброустойчивыхрежимов обработкиИнтерес к проблеме «чаттера» при фрезеровании стремительно растёт(Рис.
1.5) и обусловлен высокими требованиями к качеству обрабатываемыхдеталей, а также необходимостью создавать детали сложной геометрии изтруднообрабатываемых материалов.О наличии «чаттера» в системе говорит ряд признаков [62]: колебаниясистемы происходят на частоте, отличной от частоты прохождения режущихкромок и стремящейся к одной из собственных частот системы; амплитудыколебаний значительно возрастают. Анализ именно этих признаков лежит воснове методов детектирования «чаттера» по сигналу измерений.
В Таблице 1представленыосновныесегодняшний день.методыдетектирования,использующиесяна41Рис. 1.5. Количество публикуемых работ по проблеме детектирования«чаттера» при фрезеровании [63]Таблица 1.Методы детектирования «чаттера» при фрезеровании№Способобработки сигналаКритерийдетектированияИзмеряемое[62,68]Вычислениеамплитуды сигналаОписаниеВычисляетсязначениемаксимальноезначениеамплитудыамплитудысигналасравнивается с пороговым.превышаетПороговоепороговоеопределяется на устойчивыхзначение.режимах.сигналаизначениеПо спектру измеренного[68,106]ПреобразованиеФурьеЧастотасигналаопределяетсямаксимальногочастота,соответствующаяпика в спектре максимальномузначениюсигнала не кратна амплитуды.Проводитсячастотесравнениеизмереннойпрохождениячастоты и частот, кратныхрежущих кромок.
частотепрохождениярежущих кромок.42Таблица 1.(Продолжение)Вычисляется[106]дисперсии отсчетов сигнала,Значениеснимаемых раз за оборот:дисперсии22∑=1( − ) =−1отсчетов сигнала,Вычислениедисперсии2снимаемых одинраззазначение∑=1 =оборотпревышаетисравниваетсяпороговоепороговымзначение.определеннымсзначением,наустойчивых режимах.Измеряемый[114]ОбработанныйДемодуляция с сигналпоследующейпревышаетфильтрациейпороговоесигналумножается на гармонику счастотой, кратной частотепрохождениязуба(демодуляция), после чегопропускаетсязначение.черезИсследуетсяФНЧ.изменениеобработанного сигнала.Модель[121]Модельотносится к параметрическимBoxПревышениеJenkinsBox-Jenkins()параметров= ()()порогового1+()()значенияметодамдетектирования() «чаттера».Слагаемоеописываетколебания,()()вынужденныеа1()()«чаттер».
С помощью–43Таблица 1.(Окончание)специальных алгоритмоввычисляются коэффициентымодели и дисперсия белогошума - (). Возрастаниедисперсии свидетельствует овозникновении «чаттера». Спомощьюкоэффициентовполинома()определитьможночастоту«чаттера».Сигнал[115,пропускаетсячерез вейвлет-фильтр, чтобы127]получитьВыборочнаяВейвлетпреобразованиесоставляющиесигнала в разных частотныхдисперсиядиапазонах.превышаетдисперсия сигнала в каждомпороговоедиапазоне,значениедисперсии в суммарной.
ПрипревышениипороговогоВычисляетсяидоляэтойдисперсиизначениядетектируется «чаттер».Список методов детектирования «чаттера», приведенный в Таблице 1, неявляется полным, однако в большинстве подходов обработка сигнала проводитсяодним из перечисленных способов. Каждый из методов детектирования имеетнедостатки: трудно выбрать корректное пороговое значение критерия, не всеметоды позволяют определить частоту «чаттера», вычислительные затраты44работы некоторых алгоритмов высоки, сложность алгоритмов обработкисигнала.Для решения задачи анализа результатов моделирования динамикифрезерования в ПО 3D CUT необходимо модифицировать существующиеалгоритмыдетектированияпрограммное«чаттера»обеспечениедляианализаразработатьисоответствующеевизуализациирезультатовмоделирования процесса резания.1.7.Выводы по первой главеДля решения задачи выбора рациональных режимов обработки податливыхсложнопрофильных деталей необходимо дополнить существующие подходыприведенными ниже этапами.1Необходимозаготовки/инструментаразработатьвпроцессеметодикуобработкимодальныхдляанализаиспытанийизменениядинамических характеристик, вызванного снятием материала.2.
Необходимо выполнить сопоставление алгоритмов идентификациимодальныхпараметровианализихприменимостидляопределениядинамических характеристик заготовки и инструмента.3. Необходимо адаптировать метод для верификации и уточнения моделейзаготовки/инструмента по результатам модальных испытаний с использованиеманализа чувствительности и разработать специализированное программноеобеспечение для решения данной задачи.4. Для автоматизации выбора виброустойчивых режимов обработкифрезерованиемнеобходиморазработатьметодыанализарезультатовимитационного моделирования динамики процесса фрезерования, основанныена цифровой обработке сигнала и детектировании «чаттера».5.
Для проверки корректности предложенных подходов к идентификациипараметров модели детали/инструмента необходимо выполнить апробацию45разработанных методов на примере выбора рациональных режимов обработкиреального изделия (лопатка компрессора ГТД) и продемонстрировать влияниединамических характеристик детали на результаты моделирования динамикиобработки.46ГЛАВА 2.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ2.1. Задача идентификации модальных параметровМодальнымипараметрамимеханическойсистемыназываютсяеёсобственные частоты и собственные формы колебаний, а также коэффициентыдемпфирования. Задача идентификации указанных параметров по результатаммодальных испытаний является обратной задачей статистической механики итребуетпримененияспециальныхподходов,которыеминимизируютпогрешность оценки параметров при ограничении на количество известнойинформации.Модальные параметры являются базовыми характеристиками любоймеханической конструкции, поэтому задача определения данных параметровявляется важной для прогнозирования поведения конструкции под действиемэксплуатационных нагрузок, переменных во времени, например, при обработкерезанием.Экспериментальный модальный анализ выполняется при трёх основныхпредположениях, относящихся к любой конструкции.
Первое из них – линейноеповедение конструкции. В этом случае реакция конструкции на любуюкомбинацию одновременно приложенных сил равна сумме реакций приотдельном приложении каждой силы. Однако для многих важных типовконструкции предположение о линейном поведении не выполняется. В такихслучаях предполагается, что соответствующая линейная модель описываетповедение конструкции с достаточной точностью [75].Второе предположение заключается в том, что параметры конструкции независят от времени.
Если характеристики испытываемой конструкцииизменяются со временем, то результаты измерений параметров колебаний вначале и конце испытаний будут различаться.47Третье предположение заключается в том, что исследуемая система обладаетсвойством наблюдаемости. Это означает, что измерения воздействия и реакциисистемы должны содержать информацию, достаточную для построения модели,адекватной реальной конструкции. Конструкции, имеющие неопределенныеэлементы или в более общем случае неизмеряемые степени свободы, не могутбыть полностью исследованы. Это предположение особенно касается того факта,чтоэкспериментальные данные обычно описывают неполную модельконструкции. Во-первых, экспериментальные данные обычно ограничиваютсяминимальнойимаксимальнойчастотой,аво-вторыхфиксированнойразрешающей способностью по частоте.2.2. Ударное тестированиеОдним из наиболее распространенных видов модальных испытаний являетсяударное тестирование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
