Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Ниже приведены частоты ~о собственных колебаний НС и соответствующие логарифмические дескременты колебаний о: На рис. 2.37 показана амплитудно-фазовая частотная характеристика НС, а на рис. 2.39 — мнимая и действительная ее составляющие. И ФО 60 Ю Р Гц Рис. 2.38. Мнимая (а) и действительная (б) части динамической податливости несу- щей системы круглошлифовального станка Ь 1ц о ~о, Гц о 22,0 23,1 37,1 44,2 44,6 59,8 64,0 0,22 0,33 0,31 0,20 0,23 0,18 0,18 68,2 79,6 105,7 130,0 145,0 0,19 0,.21 0,20 0,20 0,31 -д,Е -д9 -0.2 д Р.Я О,М Ке.!0~ни(даН ,ф 1т.
10~ми/даН Рис. 2.37. Амплитудно-фааовая частотная характеристика динамической податливости несущей системы круглошлифовального станка (расчетную схему см. на 'рис. 2.23) По условиям динамики наибольший интерес представляет поведение НС на собственных частотах 59,8.; 64 и 68,2 Гц. Анализ распределения энергии колебаний на указанных частотах (табл. 2.9) позволил выделить параметры, оказывающие наибольшее влияние на динамические характеристики НС, 2.9. Распределение кинетической и потенциальной энергии колебаний между элементами несущей системы круглошлифовального станка Доля энергии при собственной частоте, Гц Энергия Параметр Обозначение 64.0 0,31 Кинетическая 0,30 Масса шлифовальной баб- ки Масса станины под ШБ Масса станины под столом Жесткость ходового винта подачи ШБ Жесткость направляющих ШБ Осевая жесткость опор под станиной ШБ Осевая жесткость опор под станиной стола 0,20 0,36 О 16 0,19 0,28 0,26 0,35 0,22 0,25 МЗ М4 Кв Потенциальная 0,05 0,09 0,01 0,30 Опоры к углу 3 Опоры к углу 4 0,44 0,23 0,32 Граница значения параметра Обозна- чение Единица измерения~ .Номер параметра Параметр верхняя нижняя МЗ ЛИ ~4 КЗ ~в он 2,0 2,1 400 000 600 000 40 ООО 5 1,5 1,6 20 000.
ЗО ООО 15 000 3 1 2 3 4 5 6 Масса станины под ШБ Масса станины под столом Жесткость опор под станиной стола Жесткость опор под станиной ШБ Жесткость винта подачи ШБ Натяг в направляющих ШБ т т кг/мм кг/мм кг/мм мкм Как видно, на кинетическую энергию колебаний больше всего влияют масса М2 шлифовальной бабки (Шо), масса МЗ станины под бабкой и масса М4 станины под столом.
Потенциальная энергия колебаний определяется деформациями ходового винта, а также жесткостью направляющих шлифовальной бабки, жесткостью опор под станиной шлифовальной бабки (узел 8) и под столом (узел 4). Эти параметры, кроме массы шлифовальной бабки, которую заведомо стремятся сделать как можно легче, были приняты за варьируемые. При назначении диапазона изменения варьируемых параметров учитывают три вида ограничений — параметрические, функциональные и критериальные. В качестве параметрических ограничений можно принимать геометрические, жесткостные, инерционные или диссипативные параметры элементов системы. В данном случае (табл.
2.10) как параметрические рассматривали ограничения для массы Мз (параметр 1), массы М4 (параметр 2), жесткости К, винта механизма подачи (параметр 5) и для осевой жесткости опор под станиной стола (параметр 3) и под станиной шлифовальной бабки (параметр 4). Жесткость опор в горизонтальной плоскости принимали равной половине осевой (см. выше). 2.10. Диапазоны изменения варьируемых параметров 2.11.
Значения критериев для Парето-оптимальных вариантов 1Оа мм~кг Я'э 103, ~мм~кг Ю2'% мм~кг Номер варианта 80 40 20 340 172 402 498 74 17 407 5,557 5,627 5,628 5,559 5,728 5,723 5,782 5,952 5,752 5,973 0,1904 0,1737 0,1849 О;1830 0,181'8 0,1825 0,1777 0,1831 0,1743 0,1764 0,1823 0,1663 0,1448 0,1973 0,1420 0,1740 '0,1658 0,1409 0,1478 0,1464 0,8468 0,7460 Оь 8046 ,0,6968 0,7392 0,6564 0,6122 0,7641 0,6283 0,7534 6,174 Исходный вариант 0,4411 1,101 2.12.
Значения параметров для Парето-оптимальных вариангов Х4, кг/мм Х8, кгЛим ЛХ4, т ЛХЗ, т бн. мкм ~в ' игам Номер варианта 1 52 1,539 1,578 1,583 1,604 1,644 1,655 1,66 1,766 1,956 1,66 1,717 1,678 1,605 1,793 1,708 1,759 1,901 1,616 1,646 373 300 120 900 '221 900 362 100 ,363 80О '233 000 396 300 195 200 364 400 375 5ОО 230 400 591 100 510 900 247 100 348 400 423 ООО 311 700 568 800 439 700 494 200 3,953 4,969 3,813 4,957 4,039 4,887 4,371 4,769 4,563 4,637 80 40 20 340 ,17'2 402 498 74 17 407 27 700 39 610 36 090 26 960 35 410 38 190 36 440 28 480 39 220 35 070 2,00' Исходный вариант 30 000 20 ООО 16 ООО 3,507 Диапазон изменения жесткости пружин, имитирующих жесткость направляющих качения шлифовальной бабки, не может быть назначен непосредственно, так как все составляющие жесткости, кроме Кв жесткости ходового винта, зависят от натяга, т. е.
связаны функциональными соотношениями. Поэтому за независимую переменную был принят натяг о в направляющих (параметр 6), задавали возможный диапазон его изменения, а соответствующие значения жесткостей вычисляли как функции натяга. В качестве критериального ограничения рассматривали требование, чтобы значение всех критериев для рассматриваемых вариантов были не хуже, чем у исходного. Принятые диапазоны изменения варьируемых параметров приведены в табл.
2.10. В выбранной шестимерной области пространства параметров было проведено 512 испытаний. Значения критериев и параметров Парето- оптимальных решений приведены соответственно в табл. 2.11 и 2.12. Анализируя полученные результаты, можно видеть, что наиболее предпочтительным является вариант № 17. Критерии качества этого варианта существенно превосходят соответствующие показатели исходного варианта: по металлоемкости — на 420 кг; по статической податливо- сти — примерно на 20%; по характеристике устойчивости (Ке' 1п) — в 3 раза; по максимальной динамической податливости — почти в2раза.
Расчет и анализ динамических характеристик НС с параметрами элементов, соответствующими варианту № 17, показал, что в этом случае наиболее виброактивной является область частот 75 — 85 Гц, причем в этой области доминирующими остаются те же элементы НС. В заключение следует отметить, что предварительная попытка определить рациональные параметры элементов рассматриваемой НС простым перебором вариантов не увенчалась успехом из-за сильной связанности колебаний в системе. Таким образом, можно сделать вывод, что применением метода ЛП-поиска для многокритериальной оптимизации параметров НС металлорежущих станков является весьма плодотворным. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.
Барт В. Е., Санина Г. С., Шевчук С. А. Применение полимербетона в станкостроении. Технология металлообрабатывающего производства. ВНИИТЭМР, Сер. 6-3. Обзорная информация. 1985. Вып. 11. С. 1 — 40. 2. Врагов Ю. Д. Анализ компоновок металлорежущих станков.
М.: Машиностроение, 1978. 208 с. 3. Галлагер Р. Метод конечных элементов / Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 539 с. 4. Каминская В. В. Расчеты на виброустойчивость в станкостроении. М.: Машиностроение, 1985. 56 с. 5. Каминская В. В., Гринглаз А. В. Расчетный анализ динамических характеристик несущих систем станков // Станки и инструмент. 1989. № 12. С. 10 — 13. 6. Каминская В. В., Решетов Д. Н. Фундаменты и установка металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975. 207 с.
7. Копелев Ю. Ф. Виброустойчивость станков при случайных изменениях времени запаздывания // Машиноведение. 1980. № 5. С. 28 — 30. 8. Кудинов В. А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. 358 с. 9. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. М.: Машиностроение, 1971. 263 с. 10. Лещенко В. А., Богданов Н. А., Вайнштейн И. В.
Станки с числовым программным управлением (специализированные) / Под общ. ред. В. А. Лещенко. М Машиностроение, 1988. 568 с. 11. Пуш В. Э. Конструирование металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1977. 392 с. 12. Решетов Д. Н., Каминская В. В., Лапидус А. С. Детали и механизмы металлопежущих станков. Т. 1. М..: Машиностроение, 1972. 663 с. 13. Решетов Д. Н., Портман В. Т,. Точность металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986.
336 с. 14. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими коитериями. М.: Наука„1981. 110 с. 15. %ест М. Вег1скеирпазс1ппеп. Вй. 4. МеИесЬп1зсЬе Бп1егзпс1шпд ипй Вепг1е11цпд, У01, УЕКЬАб, бпйН, Ойззе1с1ог$. 1985. 246 8. 16. УозЫпшга М. Ор11гп1за6оп о$ з1гасЫга1 с1упаписз о$ тас1ппе 1оо1 сопзи1ег1пд 1Ье пшН1р1е гезопапсе гподез / 1п. Ргос. 181Ь 1п1. МасЬ. Тоо1 Вез. апд Вез. Соп1. ЬопЙоп.
1977. Р. 577' — 584 Глава 3 ШПИНДЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ 3.1. Требования к шпиндельным узлам Шпиндельный узел (Шу) является конечным звеном привода главного движения и частью несущей системы станка; предназначен для крепления приспособления с заготовкой или инструмента и всегда реа- 3.1.
Основные характеристики шпиндельных опор Параметры точности, мкм ДемпФирование ~мах' Н с/мм Жесткость ./~ах. ~О-' 'Н/мм Нагрузочнан способность Ж/Ю, квт/мм Быстроходностьь Юи, мм мин 1 тип опор жпинделя Биение Шероховатость 2,5.10в 4.10 12 250 Качения Ма~~0,1 йа~ 0,5 >0,5 >2,0 5,0 Гидростатиче- ские >0,1 10' 2,0 10в 50 Яг «005 Гидродинамн- ческие 1 04 от 2.104 до 1-10в >1,0 (0,5) Яа =005 40 Газостатиче- ские 102 5. 10в > 0,05 Юг~~0,005 20 102 1 ООе 3 10в > 0,05 Ю~~0,005 М,агнитные * Характеристики могут быть увеличены путем регулирования параметров системы управления опорами.
П р и м е ч а н и е. Для опор качения в верхней строке указаны значения параметров прецизионных высокоскоростных шпиндельных шарикоподшипников, в нижней — для остальных. полно и достоверно точность оценивают по параметрам траекторий движения опорных точек ~221 шпинделя, расположенных на его переднем конце (на установочных базах шпинделя, определяющих положение приспособления с заготовкой или инструмента) в соответствии с целевым назначением ШУ [231 (рис.
3.1, а, б). Для вероятностной оценки поведения узла исследуют статистические характеристики параметров пространственных траекторий опорных точек (рис. 3.1, в), которые являются результатом накопления отдельных реализаций. Отклонения реальных траекторий связаны с деформированием шпинделя под действи- лизует одно из движений формообразования; оказывает самое существенное влияние на точность, надежность и производительность всего . станка, поэтому к ШУ предъявляют особые требования. К определяющим характеристикам ШУ, от которых непосредственно зависят его качество и технологические возможности, относятся нагрузочная способность, точность, быстроходность и надежность.
Кроме того, имеются дополнительные характеристики работоспособности ШУ: жесткость, динамические и тепловые характеристики. Нагрузочная способность определяет допустимый крутящий момент или мощность на шпинделе 'и зависит от нагрузочной способности опор (табл. 3.1) и силовых возможностей привода. Удобным показателем для оценки нагрузочной способности ШУ является отношение У/Х), где Ю вЂ” мощность привода; Х) — диаметр передней шейки шпинделя. Нагрузочная способность в значительной степени обеспечивает выполнение заданных технологических операций и производительность. Точность в первую очередь определяет технологические возможности ШУ, зависит от типа применяемых опор (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
