Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 16
Текст из файла (страница 16)
2.32 приведены АЧХ динамической податливости НС токарных станков с максимальным диаметром обработки 400 мм (рис. 2.32, а) и 320 мм (рис. 2.32, б), отличающихся расположением направляющих и конструкцией суппорта. Результаты расчета, соответствующие наружному обтачиванию жесткой консольной заготовки, в частности, показали, что при одинаковых основных параметрах системы влияние ориентации направляющих существенно меньше, чем влияние параметров и конструкции соответствующих доминирующих подсистем: станины (см.
рис. 2.32, а), которая была сильно ослаблена окнами, и суппорта с нежесткой плоской кареткой (см. рис. 2.32,б). Увеличение жесткости станины и переход от плоской каретки к угловой позволяют резко повысить динамическую жесткость обеих компоновок. Сравнивали компоновки одностоечных (см. рис.
2.8,в) и двухстоечных (см. рис. 2.8, б) карусельных станков с диаметром обработки 3000 мм. Расчеты показали, что динамика НС одностоечных и двух- 69 0 20 40 О 80 ЖО ~Гк 0 20 М 60 80 ЮУ йГц а) д~ Рис. 2.32. Амплитудно-частотные характеристики динамической податливости НС разных компоновок токарных станков с максимальным диаметром обработки 400 мм (а) и 320 мм (б); 1 — исходный вариант НС; 2 НС со станиной оез окон стоечных станков различна.
В двухстоечных станках динамическую податливость в направлении разных координатных осей определяют разные элементы НС: в- направлении оси Х вЂ” это портал, а в направлении осей У и У вЂ” поперечина, причем значения частот этих колебаний значительно различаются. При работе с малыми вылетами ползуна существенное влияние на динамические характеристики НС оказывает закрепление стоек на фундаменте.
У одностоечных станков основное влияние на динамическую податливость НС во всех направлениях оказывает жесткость стойки, главным образом при кручении. Сопоставление изменения характеристик податливости НС одностоечного и двухстоечного станков в пределах рабочего пространства показало, что при обработке на одностоечном станке поверхностей, расположенных вблизи стойки, составляющие погрешности формы обрабатываемых заготовок, определяемые колебаниями НС, будут примерно такими же, как при обработке на двухстоечном станке. Обработка торцовых поверхностей на одностоечном станке, особенно при положении суппорта на конце консоли, будет производиться с большими погрешностями или с меньшей производительностью, чем на двухстоечном.
Рациональные параметры элементов НС в большинстве случаев выбирают на основе сравнительных расчетов вариантов, предварительно проработанных конструктором. При этом варьируют параметры, оказывающие наибольшее влияние на характеристики НС, выявленные на основе соответствующего анализа (см. выше). Например, при анализе динамических характеристик НС агрегатно-фрезерного станка (см. рис.
2.26) было установлено, что динамическая податливость НС определяется главным образом инерционными характеристиками подставок с бабками, жесткостью стыков подставок со станиной, станины при кручении и опорных элементов станка. На рис. 2.33 приведены результаты расчета НС, в которой фрезерные бабки 7-го габарита были замечены бабками 6-го габарита при соответствующ~ем изменении размеров подставок. При этом общая масса НС уменьшилась на 2000 кг. 'В результате этого изменения максимальная динамическая податливость по оси У уменьшилась почти в 2 раза, 70 д,д -д,~ д д,Ф д,8 Ие.!д,ин/даН 1,„. Ю ~миlдвУ дР Рис.
2.33. Сравнительные динамические характеристики НС агрегатно-фрезерного станка с бабками разных габаритов: а — общая схема, "б — АФЧХ; 1 — НС с бабками У-га габарита; 2— НС с бабками 6-го габарита а частота, при которой динамическая податливость максимальна, возросла с 40 до 56 Гц. На рис. 2.34 приведены результаты расчета, соответствующие разным способам установки станка. В этом случае максимальная податли- .Р- Ю, юю/ФаИ У,д д И 4Ю И 30 ЮО ИО 1Ги Рис.
2.34. Амплитудно-частотные характеристики динамической податливости НС агрегатно-фрезерного станка при его установке на винтовых опорах (1) и клиновых башмаках (2) 71 вость при переходе к более жесткой установке также существенно уменьшилась; максимум податливости сместился с частоты 40 Гц на частоту 57 Гц. Как указывалось выше, значительная доля потенциальной энергии колебаний системы затрачивается на кручение станины.
В связи с этим в соответствии с рекомендациями, приведенными выше, был проработан конструктивный вариант измененной станины (рис. 2.35), обладающей более высокой жесткостью и меньшей массой (примерно на 1300 кг). Исходнв|й вариант Масса 36РР ка Нобий Арианы Мига РУй7м Рис. 2.35. Пример изменения конструкции станины, обеспечивающего повышение ее жесткости при кручении На рис. 2.36 приведены результаты расчета НС с более жесткой и легкой станиной.
Как видно, в этом случае максимальная динамическая податливость в направлении оси У имеет место на частоте 51 Гц. Однако, несмотря на то что в новом варианте повысилась частота, значение податливости НС практически не изменилось. Это обусловлено значительной связанностью колебаний в системе. В новой станине изменены также конструктивное оформление и технология обработки стыков с подставками.
Смещение ребер станины, обеспечивающих уменьшение местных деформаций в стыках, и уменьшение параметра шероховатости с Яа=2,5 мкм до Ла=1,25 мкм в результате замены фрезерования шлифованием позволило существенно повысить жесткость стыков. В этом случае максимальная податливость НС в направлении оси У соответствует частоте 60 Гц, причем значение податливости существенно меньше, чем в исходном варианте. Полученные результаты расчета измененных вариантов показывают, что за счет соответствующих изменений можно обеспечить существенное снижение как металлоемкости, так и податливости НС. Однако из-за сильной связанности колебаний в системе оценить возможные ре- 72 1,О ю,е О 2Ю Фд 60 80 1дд ТО 1,ГиРис.
2.36. Амплитудно-частотные характеристики динамической податливости НС агрегатно-фрезерного станка со старой (1), с новой (2) станинами и с новой станиной при измененной технологии обработки стыков станины с подставками (3) зультаты изменения параметров элементов без проведения соответствующих расчетов невозможно. Аналогичным образом было проанализировано влияние параметров несущих систем одностоечных координатно-расточных станков на устойчивость процесса и уровень вынужденных колебаний (расчетную схему см.
на рис. 2.25). В результате было установлено следующее. 1. Существенное повышение устойчивости процесса при фрезеровании может быть обеспечено за счет повышения жесткости и демпфирования колебаний стола и салазок. Так, введение механизма предварйтельного натяга направляющих стола и увеличение жесткости конечных элементов привода подачи, в частности за счет применения в опорах винтов качения комбинированных игольчато-роликовых подшипников взамен упорных шарикоподшипников, позволяет повысить виброустойчивость.
в среднем в 1,5 раза. 2. Значительное влияние на динамическую податливость в зоне резания оказывает правильный выбор жесткостных параметров станины и стойки. Конкретно для станка 24К4ОАФ4 увеличение крутильной жесткости станины путем прикрепления снизу стального листа позволяет уменьшить динамическую податливость системы на 25%. 3. Использование жестких (трубчатых) механизмов зажима стола и салазок позволяет уменьшить динамическую податливость системы на резонансных частотах на 20 — 30%. Для НС тяжелых зубофрезерных станков получены следующие результаты.
1. Предельные по устойчивости режимы при сравнительно небольших диаметрах колес (менее 1000 — '500 мм) ограничиваются жесткостью круговых направляющих с гидроразгрузкой, а.при больших диаметрах колес — жесткостью тумбы и делительной червячной передачи.
73 При нежесткой установке заготовок высокая жесткость станка не реализуется. 2. Возможности интенсификации режимов по условиям точности при использовании быстрорежущего инструмента ограничены статической жесткостью системы шпиндель — оправка. Для получения соответствующей точности при использовании твердосплавного инструмента необходимо повысить динамическую жесткость на частоте 20 — 25 Гц, определяемую параметрами стойки и станины и, кроме того, жесткостью установки станка.
3. Применение гидростатических направляющих стола, увеличение жесткости основания стола за счет введения дополнительных ребер под направляющие и установка основания, на дополнительные опоры повышает запас устойчивости на порядок. Увеличение вдвое ширины боковых направляющих станины и стойки приводит к уменьшению динамической податливости в 2 раза. С помощью расчетов для тяжелых карусельных станков было проведено сравнение виброустойчивости при разных формах поперечного сечения и материала ползуна, типах его направляющих и т.
п. В итоге было установлено следующее. 1. При одинаковом заданном минимальном диаметре растачиваемого на станке отверстия лучшие по виброустойчивости результаты обеспечиваются при использовании ползунов прямоугольного (а не квадратного или восьмигранного) сечения с отношением сторон Н/В=0,7...0,8 (см. рис.
2.20). При замене чугунного ползуна стальным виброустойчивость системы при больших вылетах ползуна повышается примерно в 1,5 раза. 2. При использовании гидростатических направляющих ползуна может быть обеспечена динамическая жесткость в несколько раз большая, чем при использовании направляющих скольжения. При одинаковых соотношениях параметров худшие динамические характеристики имеют ползуны на направляющих качения. Приведенные результаты получены на основе сравнения различных конструктивных вариантов. В последние годы для выбора оптимальных параметров элементов НС используют общие методы решения задач оптимизации. При этом в многокритериальной постановке наибольшее применение получает метод ЛП-поиска.
При использовании этого метода для выявления лучшего сочетания параметров, т. е. лучшего кон-. структивного варианта, для всех рассматриваемых вариантов необходимо вычисление всех показателей качества. Поэтому первоочередной является задача ограничения числа определяемых (варьируемых) параметров. Описанный выше способ выявления доминирующих ~параметров НС на основе баланса кинетической и потенциальной энергии колебаний -НС на собственных частотах позволяет достаточно эффективно решать эту задачу. Проиллюстрируем результаты, которые можно получить при использовании указанного метода многокритериальной оптимизации, на примере выбора оптимальных параметров НС круглошлифовального станка (см.
рис. 2.23). В качестве критериев оптимизации были выбраны: металлоемкость — критерий Я» статическая податливость в зоне резания; — критерий Яь величина Ке~;, характеризующая виброустойчивость станка,— критерий ~Ь; максимальная динамическая податливость в зоне резания, характеризующая реакцию системы на внешние возмущения широкого спектрального состава,— критерий 94. Проведенное расчетное определение статических и динамических характеристик НС при действии возмущающей силы, имитирующей силу резания, позволило установить, что в исходном конструктивном варианте наиболее виброактивной является область частот 50 — 70 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
