Konspekt_lektsy_tekhmash_ne_dlya_pidaras ov (769980), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Так Б.С.Балакшиным было данообъяснение явлений, приводящих под действием силы к перемещению точкиподвижной детали 1 относительно неподвижной детали 2 (рис.19.2). Сначалапод действием силы происходит перемещение детали 1 до соприкосновения сдеталью 2. Дальнейшее увеличение силыприводит последовательно квозникновению контактных деформаций на участке контакта; опрокидываниюдетали 1; контактному деформированию стыка и, наконец, собственномудеформированию деталей 1 и 2. Все изменения сопровождались перемещениемточки . График, фиксировавший нагрузку и, вызванные ею перемещения(рис.19.2), является характеристикой жесткости комплекта из двух деталей.
Припервых исследованиях жесткости столкнулись с двумя непонятными явлениями,которые были названы бесконечная жесткость и отрицательная жесткость.В общем случае относительное перемещение точек будет представлятьсобой сумму перемещений, происходящих из-за наличия зазоров в стыках,поворотов, контактных и собственных деформаций деталей соединения.Поэтому, если пользоваться общепринятым понятием жесткости, какспособностью узла или технологической системы оказывать сопротивлениеперемещению выбранных точек в направлении действия силы, порождающейэто перемещение, необходимо найти такую силу, которая действовала бы понормали к поверхностям деталей, которым принадлежат избранные точки.Рис.19.2.
Схема перемещения точкидетали под действием силыБ.С. Балакшиным было введено понятие эквивалентной силы – силымомент, которой равен сумме моментов действующих сил.Например, применительно к суппорту токарного станка – моментэквивалентной силы будет равен сумме моментов силы резания и силытяжести суппорта, действующих относительно мгновенного полюса поворотасуппорта.Под мгновенным полюсом поворота понимают точку, относительнокоторой осуществляется мгновенный поворот СЕ и детали (рис.19.3).От знака эквивалентной силы зависит направление ее вектора.
Если заположительное направление принять действия моментов сил, указывающееповорот суппорта относительно точки против часовой стрелки, то в случае,показанном на рис.19.3 а, эквивалентная сила оказывается положительной ирезец будет перемещаться в сторону заготовки. В случае, показанном нарис.19.3 б, направление эквивалентной силы окажется противоположным, ирезец будет перемещаться от заготовки. Значения эквивалентных сил,применительно к рассмотренным случаям, представляют собой:Рис.19.3. Зависимость направления действия эквивалентной силы от знака ее моментаотносительно мгновенного полюса поворотаИспользование понятия эквивалентной силы объясняет непонятные явления,получившие название «отрицательной» и «бесконечной» жесткости.Жесткость технологической системы переменна.
Значения характеристикжесткости станка в статическом состоянии и во время его работы не одинаковы.Таким образом:1. Под жесткостью СЕ и технологической системы следует понимать ихспособность оказывать сопротивление перемещению выбранной точки внаправлении действия силы, порождающей это перемещение.2. Жесткость следует измерять отношением:.3. Жесткость является случайной величиной и не может быть отрицательнойили бесконечно большой.4.
Условия измерения жесткости требуют строгой регламентации – указаниякоординат точек измерения, приложенных нагрузок, и т.д.5. Величина обратная жесткости, получила название податливости:.это способность СЕ или технологической системы изменять относительноеположение двух избранных точек под воздействием приложенной силы внаправлении ее действия.Вследствие рассеяния значений припусков и характеристик свойствматериалов заготовок (например, твердости) значения силы резания будут такжерассеиваться отдо .
Если при этом учесть, что значения жесткоститехнологической системы случайны и подлежат рассеянию отдо , то, дажепри стабильном рассеянии значений силы резания, значения полярассеянияупругих перемещений и координатыего середины не будут оставатьсяпостоянными. Изменения характеристик рассеяния упругих перемещений всвязи с изменением состояния технологической системы показаны на рис.19.4.Полепредставляет собой рассеяние значений жесткости технологическойсистемы.При изготовлении в больших количествах одноименных деталейодновременно с жесткостью технологической системы, могут изменяться изначения характеристик рассеяния припусков и твердости. Такие измененияповлекут за собой изменения значений сил резания, что отразится на полерассеяния упругих перемещений и координатеего середины и приведет кизменению точности деталей.Рис.19.4 Зависимость значения и положения поля рассеяния упругих перемещений отжесткости технологической системыНапример.
Если при стабильной жесткости технологической системы вобработку запустить новую партию заготовок валов, у которых при том же полерассеяния припусков, что и в предыдущей партии среднее значение припусковокажется большим, то это приведет к изменению значения координатысередины поля рассеяния значений силы резания (рис.19.5а), а следовательно икоординатысередины поля рассеяния упругих перемещений. На точечнойдиаграмме (рис.19.5 б) произойдет смещение центра группированияразмеров шеек валов, т.е. произойдет смещение мгновенного поля рассеяниябез заметного изменения его значения.
Аналогичной была бы картина и приизменении среднего значения твердости заготовок.Рис.19.5. Проявление на точечной диаграмме изменения среднего значения припуска(твердости) у заготовокПо-другому на точечной диаграмме отразится увеличение поля рассеяниязначений твердости (припусков) заготовок при сохранении ее среднего значения(рис.19.6).Рис.19.6 Проявление на точечной диаграмме изменения поля рассеяния твердости(припуска) заготовокУвеличение поля рассеяния значений твердости (припуска) заготовоквызовет увеличение поля рассеяния значений силы резания, которое, в своюочередь, вызовет увеличение поля рассеяния упругих перемещений и, вконечном счете, приведет к расширению мгновенного поля рассеяния размеравалов.Неравномерный припуск, снимаемый с поверхности заготовки,неоднородные свойства материала в различных частях заготовки, неодинаковаяжесткость технологической системы при обработке заготовки в разных еесечениях приводят к отклонениям формы обработанной поверхности детали.Например, удаление неравномерного припуска с поверхности заготовки(рис.19.7) вызовет отклонения формы обработанной поверхности в продольномсечении детали, в определенной мере повторяющие форму поверхностизаготовки.Рис.19.7.
«Копирование» формы заготовки в продольном направленииПри обработке заготовки нежесткого вала (рис.19.8 а), установленной вцентрах (передний центр рифленый) токарного станка, причинами отклоненийформы поверхности вала в продольном сечении будет являться переменнаяжесткость технологической системы по мере перемещения инструмента отзадней к передней бабке станка. В сечении заготовки, отстоящем от переднегоцентра на расстоянии , упругое перемещение в технологической системе подвоздействием эквивалентной силыскладывается из перемещений центровстанка ( ), самой заготовки из-за ее деформации ( з), суппортаи резца:.Каждое из слагаемых приведенного уравнения может быть определено.Например.
По аналогии с перемещением жесткой балки на двух упругих опорахможно определить :,где— жесткость переднего центра;- жесткость заднего центра.Рис.19.8.Образование упругих перемещений в технологической системе приобработке заготовки нежесткого валаПрогиб вала в месте приложения силы:,где - модуль упругости материала заготовки; - момент инерции сечениязаготовки.На всей длине вала отклоненияибудут дополняться упругимиперемещениями суппорта и деформациями резца.Таким образом, упругое перемещение в технологической системе нарасстоянии от передней бабки может быть представлено:.Погрешности формы поверхности детали могут быть вызваны и другимипричинами, связанными с действием сил и жесткостью технологическойсистемы.
Жесткость технологической системы существенно влияет не только наточность изготовления деталей, но и на производительность процессаобработки. Стремясь удержать рассеяние упругих перемещений в допустимыхпределах, ограничивают колебания силы резания путем снижения режимоврезания и увеличением числа рабочих ходов, т.е. с большими затратами временина обработку.Повышение жесткости технологической системы является одним из средствсокращения погрешностидинамической настройки и увеличенияпроизводительности обработки. Существуют следующие основные путиувеличения жесткости технологических систем.1. Повышение собственной жесткости конструкции станков,приспособлений и режущего инструмента за счет сокращения числазвеньев в конструкторских размерных цепях, большей жесткости самихдеталей и применения устройств, обеспечивающих предварительныйнатяг наиболее ответственных элементов технологической системы.2.
Обеспечение максимально достижимой жесткости станка,приспособлений и инструментов в процессе их изготовления. Особоевнимание нужно уделять контактной жесткости поверхностей стыковдеталей и качеству сборки элементов технологической системы.3. Сокращение числа составляющих звеньев в размерных цепяхтехнологических систем. Такого сокращения можно достичь. Применяяприспособления, исключающие или уменьшающие влияние податливостистанка на точность изготовляемой детали.4. Повышениежесткостизаготовкипутемприменениядополнительных опор, в частности, люнетов.5.
Правильные условия и режимы эксплуатации технологическойсистемы.6. Систематический надзор за оборудованием и восстановление егопервоначальной жесткости регулированием зазоров в подвижныхсоединениях. Шабрением трущихся и износившихся поверхностей,периодический ремонт.7. Многообразие факторов, влияющих на жесткость технологическойсистемы, не позволяют установить ее расчетным путем.
Обычножесткость технологической системы определяют эмпирическимиметодамиЛЕКЦИЯ 2020. Вибрации технологической системыТехнологическая система с ее упругими свойствами и процессами резания,трения, процессами, протекающими в приводах, представляют собой сложную изамкнутую динамическую систему. Ее замкнутость обусловливается связямимежду звеньями системы, благодаря которым всякое воздействие на системуизвне или возникшее в ней воспринимается всей системой. Часты случаи, когдапроцесс спокойного резания нарушается, звенья системы начинают совершатьколебательные движения, не предусмотренные схемой обработки.Установившиеся колебания значительной частоты, называют вибрациями.С возникновением вибрации колеблются станок, приспособление,инструмент и заготовка, в результате на поверхности заготовки возникаютволны, повышаются значения параметров шероховатости. Вибрациисопровождаются характерным шумом, снижением стойкости инструмента, идаже нарушением соединений деталей станка и приспособления.
Возникновениевибраций снижают производительность процесса обработки, т.к. заставляетработать на пониженных режимах.Различают два вида вибраций: вынужденные и автоколебания.Причинами вынужденных вибраций обычно являются колебания,передаваемые извне; динамическая неуравновешенность быстро вращающихсядеталей станка, режущего инструмента или заготовки; дефекты передач встанке; наличие зазора между деталями; прерывистый характер резания и т.п.Во всех этих случаях возникновение вибрации легко объяснимо, т.к.
налицоисточник вибрации.В отличие от вынужденных колебаний автоколебания представляют собойнезатухающие колебания, вызываемые переменной силой, действующей восуществляемом процессе. Автоколебания возникают в процессе резания приопределенных условиях и продолжаются пока эти условия не будут измененыили не прекратится процесс резания.При исследовании автоколебаний используется механическая модельтехнологической системы, представленная на рис.20.1.Рис.20.1. Механическая модель технологической системы с упругими связямиВ этой модели заготовку рассматривают как абсолютно твердое тело,имеющее равномерное вращательное движение. Весь колебательный процесссвязан только с перемещением резца.
Массуколеблющейся системырассматривают сосредоточенной на вершине резца. Упругие связи схематичнопредставлены в виде пружин, на которых подвешена масса. Пружинынаправлены по главным осям ижесткости системы. Силарезаниянаправлена под углом к оси .В процессе работы резец, выведенный какой-либо причиной из состоянияравновесия, начинает колебаться в двух направлениях. Его вершинаперемещается относительно заготовки по замкнутой траектории, близкой кэллипсу (рис.20.2 а). При движении резца в направлении действия силы отточки 1 к точке 4 глубина резания, а следовательно, и сила резания будутбольше, чем при движении резца в направлении противоположном действиюсилы. На рис. 20.2 б показаны перемещения вершины резца, вызываемыеизменениями силы резания.Рис. 20.2. Траектория перемещения вершины резца (а) и изменение силы резания заодин цикл колебаний (б)Движения вершины резца, рассматриваемой модели описывается системойуравнений:;где m – масса колеблющейся системы, приведенной к вершине резца;и– коэффициенты, учитывающие силы сопротивления;,–коэффициенты жесткости, показывающие отношения сил, приложенных кмассе, к порождаемым ими перемещениям;– коэффициенты,дополнительных упругих связей, налагаемых на массу и препятствующих еесмещению по другой оси координат по принципу взаимозаменяемости,;– сила резания; – угол между направлением силы резания и осью .Решая эту систему уравнений, можно получить значения параметров,определяющих движение резца в процессе вибраций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
