Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Кроме того, определяют формы собственных или вынужденных колебаний, иллюстрирующие общий характер колебаний НС и используемые для анализа поведения НС в динамике и для сравнения результатов расчетов и экспериментов. Результаты расчетов выдают на дисплей или АЦПУ в табличном виде и на графопостроитель. Некоторые примеры результатов расчета НС агрегатно-фрезерного станка 1С778, расчетная схема которого приведена, на рис. 2.26, показаны на рис. 2.28, 2.29. Параметры, оказывающие наибольшее влияние на рассчитываемые характеристики НС, выявляют на основе анализа этих характеристик.
63 ю го и и гаев ео ~гк а~ Рис. 2.28. Амплитудно-частотная (а) и амплитудно-фазовая частотная (б) характери- стики агрегатно-фрезерного станка Рис. 2.29. Форма колебаний НС станка 1С778 на соб- ственной частоте 39,5 Гц: контурная линия — исходное состояние; тонкая линия — положе- ние узлов при максимальных отклонениях вом расчетов для отдельных подсистем. При этом оказывается возможным выявить общие тенденции совершенствования конструкции и осуществить перебор значительного числа конструктивных вариантов. Естественно, что окончательно оценивать характеристики выбранных вариантов следует на основе расчета НС в целом.
Общий алгоритм анализа показан на рис. 2.30. Раятная схема НС асчегпныешранепрв~ Матрица масС жест кОРпРйдйчлфи~иВиииР Матрица щаВ|х чцспнй урабнекий ддимтця ииаиичеста лодатлийать т Взонерезана на враждой ак т ооЯпбенньи частот о тденные частоты юлу и собстденные де™ФтаРы сКт тисердатидиой системы Состадткхцией~ иа частотах щт=шр,иа тпирых.уначеииа Зв иаы~авыие Пшпенииальиан Л~ и линетиче— айаг Т~ юнереая лолебаний сисланг а их сослайья~щие иа иаждойиз т соЯтбениьв частот аиинирующце состадлик™ЯеЭг иа собтдениых частотах шр ЙО ~Ипаты, ОмпзыяющиГиаи в шве6лиание на диятичесщю лвдатлидос~пь НС фдппы слабо связанных тракетрод расчетные схемы овдмыви тдашпеи 66 Рис. 2.30.
Общий алгоритм анализа динамических характеристик НС Проиллюстрируем сказанное на примере анализа динамической податливости НС агрегатно-фрезерного станка (см. рис. 2.26). Как видно, по АЧХ, приведенной на рис. 2.28,а, динамическая податливость максимальна в области частот 39 — 40 Гц. Анализ составляющих податливости на собственных частотах НС показал, что в этой области частот перемещения инструмента и заготовки определяются главным образом податливостью стыков станины с подставками и кручением станины. В табл. 2.8 приведено распределение потенциальной энергии колебаний между деформируемыми элементами и кинетической энергии между массивами на частоте 39,5 Гц. Около 70% кинетической энергии колебаний определяется колебаниями масс М1 и М2 (фрезерные бабки с подставками).
Очевидно, что одним из мероприятий, направ- 2.8. Распределение кинетической и потенциальной энергии колебаний на собственной частоте 39,5 Гц между элементами НС агрегатно-фрезерного станка (см. рис. 2.26) Доля энергии Номер узла Энергия Масса М1 Масса М2 Масса МЗ Кинетическая 0,544 0,174 0,150 Стержень Пружина Пружина Опора Опора Потенциальная 0,411 О,110 0,083 0,117 0,094 Основной вид деформации — кручение, ** — основной вид деформаций — угловая относительно оси Х.
2.6. Выбор рациональных компоновок и параметров элементов несущих систем Использование расчетов НС для сравнения разных компоновок проиллюстрируем на примере многоцелевых (МС) и токарных станков. Компоновки исследуемых МС содержат вертикально-подвижные шпиндельные бабки, поперечно-подвижные стойки и продольно-подвижные салазки под стойкой (см. рис.
2.4,в) или стол (см. рис. 2.4,а)'. Сто- ленных на совершенствование НС, могло быть уменьшение инерционных характеристик этих элементов. Основная доля потенциальной энергии колебаний (около 60 %) приходится на- кручение станины (стержень 2 между узлами 2 и 8 см. рис. 2.26) и на относительные угловые колебания в стыках между подставками и станиной (пружины Кб-4 и Кб-б). Значительная доля (около 30 %) энергии приходится также на 'деформации в опорах станка, поскольку имеют место значительные деформации станины. Анализ распределения потенциальной энергии колебаний на всех собственных частотах показал, что для рассматриваемой НС характерна сильная связанность колебаний элементов, и невозможно рассматривать независимо колебания отдельных подсистем.
В качестве примера НС, в которой отдельные подсистемы слабо связаны между собой, можно привести НС станка ИР-1600, расчетная схема которой показана на рис. 2.24. Можно показать, что рассматриваемая система распадается на девять групп. При этом не только колебания подсистем салазки (узел 1) — стойка (узел 2) и шпиндельной бабки (узел 8) относительно стойки можно рассматривать независимо„но и развязанными оказываются колебания системы стойки относительно осей У и Х и колебания шпиндельной бабки по разным координатам.
Очевидно, что направленное воздействие на показатели качества НС значительно проще реализовать в слабо связанных подсистемах. Поэтому связанность колебаний по отдельным координатам можно рассматривать как один из критериев качества конструкции. лы в обоих МС для обработки заготовки с четырех сторон имеют поворотно-делительные устройства с вертикальной осью вращения. В качестве механизма поворота в этих устройствах используют плоско- зубчатые муфты. Станки комплектуют устройствами автоматической смены заготовок. При этом осуществляется смена не самих заготовок„ а сменного стола-спутника„на котором закреплена заготовка.
Расчетные схемы НС станков рассматриваемых компоновок, разработанные с учетом имеющихся экспериментальных данных, содержат по две подсистемы: стола (узлы перемещения детали) и стойки (узлы перемещения инструмента). В расчетных схемах учитывают возможность колебательных перемещений в основных стыках каждой из подсистем. Так, в подсистеме стойки 'учитывают колебательные перемещения в направляющих салазок, стойки и шпиндельной бабки, а в подсистеме стола — в направляющих салазок стола (об~еспечивающих перемещение детали по оси Х), в механизме поворота и в направляющих сменного стола-спутника с заготовкой. Подробная расчетная схема НС тяжелого МС с продольно- и поперечно-подвижной стойкой приведена на рис.
2.24. В качестве критерия для сравнения анализируемых вариантов используют значения динамической податливости на собственных частотах, определяемые по амплитудно-частотным характеристикам относительных колебаний детали и инструмента по трем взаимно перпендикулярным направлениям Х, У и Л. При этом для различных операций .сравниваются динамические податливости в направлениях, оказывающих наибольшее влияние на точность обработки и приращение толщины среза (определяющее виброустойчивость). Например, при соотношении составляюших силы резания Р„: Р„: Р„характерном для растачивания и сверления, сравнивают динамические податливости по осям Х и У, т. ~е..0„и,0„, а при торцовом фрезеровании в зависимости от направления подачи по оси Х или У соответственно рассматривают динамические податливости Й, и В„или В, и Й„.
Динамические характеристики НС станков изменяются при перемещении узлов станков во время работы, т. е. зависят от положения зоны резания в рабочем пространстве. Анализ АЧХ, рассчитанных для разных точек рабочего пространства, показал, что, учитывая известные данные о частости использования различных зон рабочего пространства, сравнительные расчеты целесообразно проводить для среднего по длине рабочих ходов положения подвижных узлов станка. Сравнивали динамические характеристики НС двух станков со столами размерами 500Х500 мм и 800Х800 мм.
Расчеты показали, что у станков меньших размеров (стол 50ОК500 мм) наибольшая динамическая податливость определяется подсистемой стола и нет существенного различия в компоновках. Это объясняется тем, что при малых размерах стола в направляющих сменного стола-спутника и в механизме поворота не удается обеспечить необходимые площадь контакта и силу затяжки, от которых . существенно зависит жесткость указанных стыков. У станков больших размеров (стол 800К800 мм) удается обеспечить более высокую жесткость подсистемы стола, поэтому наибольшая динамическая податливость определяется подсистемой стойки. Станок с поперечно-подвижной стойкой (см.
рис. 2.4, а) имеет существенные преимущества на всех операциях. Так, при сверлении максимальная динамическая податливость НС станка этой компоновки в 2,3 раза меньше, чем податливость у станка с продольно- и по- перечно-подвижной стойкой (см. рис 2.4, в), при р астачивании — в 1,5 раза, при фрезеровании — в 1,8 раза. Экспериментальные исследования форм колебаний НС тяжелого МС показали, что характер колебаний НС в низкочастотном диапазоне в значительной степени определяется наличием тяжелого консольно расположенного (на стойке сбоку) магазина инструментов.
Учитывая тенденцию к увеличению вместимости магазина инструментов (а соответственно и его массы) в современных МС, его влияние как дополнительной массы на поведение НС в динамике нельзя игнорировать. При сопоставлении компоновок, отличающихся р асположением магазина инструментов, исследовали влияние магазина на динамические характеристики несущей системы МС (рис. 2.31). В результате Х Х Ж' Л" Рис,. 2.31. Схемы расположения магазина на многоцелевых станках расчетного анализа установлено, что для тяжелого МС минимальная динамическая податливость обеспечивается при расположении магазина инструментов на салазках или на станине (варианты Ш, 1Ч), а для станка средних размеров — при расположении магазина инструментов на стойке сверху (вариант П) или рядом со станком. В МС сверлильно-фрезерно-расточной группы горизонтальной компоновки используют как встроенные, так и навесные шпиндельные бабки.
Конструктивные, технологические и эксплуатационные преимущества и недостатки каждого исполнения, а также традиции заводов- изготовителей обусловили одновременное существование обоих вариантов. В то же время проведенное сопоставление динамической податливости НС с навесной и встроенной шпиндельными бабками выявило преимущество встроенной шпиндельной бабки практически во всем диапазоне условий обработки. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
