pronikov_a_s_1994_t_1 (830969), страница 62
Текст из файла (страница 62)
8.12. Переходный процесс при разгоне стола на направляющих скольжения со смазкой: а — прн большой массе стола; б — при малой массе стола; Т, — постоянная времени всплывания; г',О— сила трения до разгона; Е, — сила трения при раз- гоне стола от скорости оо до о составляющей мало, процесс соответствует поведению апериодического звена первого порядка. При этом кривая разгона является экспонентой. На рис. 8.12 показано построение для определения постоянной экспоненты — постоянной времени всплывания перемещаемого узла. Всплывание можно считать законченным и соответственно считать установившимся новое положение стола и значение силы трения через время, равное 3 — 5 постоянным времени всплывания. Постоянную времени определяют экспериментально. При проектировании станков необходимо учитывать продолжительность переходного процесса и необходимый для его завершения путь: перебег при реверсе, участок замедленного перемещения при позиционировании.
Стабилизация силы трения по завершении переходного процесса позиционирования определяет постоянство деформации упругой системы привода и соответственно постоянство заданного положения узла. Наличие «скачка» силы при трогании с места вызывает затруднения при позиционировании ' малыми перемещениями, так как такое перемещение сопровождается самопроизвольным скачком узла. При малом затухании предельная длина (м) ' скачка 5 перемещения 5=2ЛР,/С. При перемещении узлов со скоростями, превышающими критическое значение, соответствующее границе области автоколебаний, возникает колебательный переходный процесс. Время затухания этих колебаний тем меньше, чем выше устойчивость системы. Время переходного процесса определяется путем решения нелинейного уравнения.
В практике конструирования станков нужное быстродействие системы обеспечивается созданием условий достаточного удаления рабочих скоростей от критического значения. 8.4. Расчет динамических процессов при резании и их влияние на точность обработки Расчетная схема станка при резании охватывает замкнутую динамическую систему полностью. Однако для анализа удобно представить динамическую систему в виде эквивалентной одноконтурной системы (рис.
8.13). Эквивалентной упругой системой в этом случае является динамическая система станка при вспомогательных и установочных движениях. Прямая связь в'динамической системе при резании выражается' силой резания, деформи- рующей эквивалентную упругую систему. Об-- ратная связь реализуется через изменение толщины срезаемого слоя (при обработке с тол- 'Рис. 8.13.
Схема смещений у резца ~1) и заготовки ' ~2) при резании 1а) и эквивалентная динамическая система станка при резании 1'б): у, — изменение толщины срезаемого слоя, равное смещению резца и заготовки при предыдущем рабочем ходе; х — коэффициент перекрытия следа по . ширине срезаемого слоя щиной срезаемого слоя существенно меньшей, чем его ширина) при деформировании системы. Обратная связь складывается из двух составляющих: одна совпадает по времени с деформированием, другая проявляется с некоторым запаздыванием во времени.
Вторую составляющую называют регенеративной связью. Сущность ее заключается в том, что при относительном смещении инструмента и обрабатываемой заготовки на поверхности заготовки (или инструмента, например шлифовального круга вследствие его изнашивания) остается след в форме переменного припуска. При повторном проходе этот припуск входит в зону резания как «зафиксированная» на поверхности заготовки деформация, происходившая во время предшествующего рабочего хода. Время между рабочими ходами определяет время запаздывания.
Иногда говорят, что первая составляющая обратной связи проявляется при резании «по чистому», а обе составляющие — при резании «по следу». В зависимости от отношения ширины повторно срезаемого слоя к ширине исходного судят о коэффициенте х перекрытия, который может изменяться от нуля (при резании по чистому) до единицы при полном перекрытии, например при врезном точении или шлифовании. Характеристика эквивалентной упругой системы станка (по связи с резанием) определяется в простейшем случае, достаточно широко распространенном, отношением изменения деформации (перпендикулярно поверхности резания) к внешней силе, соответствующей силе резания.
Это модельное представление удобно при экспериментальном определении характеристики. При проектных расчетах характеристи- Рис. 8.14. Схема упрощенной модели эквивалент- ной упругой системы токарного станка ки системы нет необходимости в замене сложной схемы сил резания одной силой, На рис. 8.14 показана схема упрощенной модели ЗУС токарного станка при врезном поперечном точении.
Модель ЗУС принята плоской для простоты анализа. При этом обрабатываемая заготовка вращается, суппорт перемещается. Перемещение вершины резца под действием силы резания определяется деформацией суппорта как упругой системы, жесткость которой в двух перпендикулярных направлениях различна. Ось максимальной жесткости направлена через центр жесткости суппорта. Статическая характеристика (м~Н) эквивалентной упругой системы Кэу~ — — у/Р. Здесь у — изменение смещения вершины резца по оси т, перпендикулярной к поверхности резания; у=у~ — ит, где у~, у~ — проекции деформаций по осям жесткости на ось 1'; Р— изменение сиды, соответствующей сиде резания.
В зависимости от знака смещения вершины резца (положительное смещение — от заготовки) возможны три случая: 1) у~- у~., у~О; ~эус - О; 2) ~ =у; у=О; Кэу~ — — О; 3) у~ «д2, у~ О' Наличие таких характеристик в сложных пространственных упругих системах отмечалось в подразд. 8.3. Изложенное модельное представление необходимо для выявления принципиальных особенностей динамических процессов в станках. При проектном расчете эквивалентной упругой системы, имеющей более сложную расчетную схему, переход к такой модели не нужен. Частотная характеристика системы в рассматриваемом случае является суммой частотных (комплексных) характеристик независимых (нормальных — по терминологии теории колебаний) колебательных систем с одной степенью свободы. На рис.
8.15 показан пример сложения характеристик этих систем, одна из которых имеет отрицательный статический коэффициент. Принципиально важной особенностью динамической частотной характеристики описанной модели упругой системы является охват ею всех квадрантов комплексной плоскости. Колебательная система с одной степенью свободы или цепная система с многими степенями свободы имеют частотные характеристики, лежащие в одной полуплоскости комплексной системы координат.
Экспериментально характеристики определяют, используя нагружающие устройства в виде вибраторов различных типов и измерительных преобразователей для фиксирования смещений между обрабатываемой заготовкой и инструментом. Изменяя частоту колебаний силы, создаваемой вибратором в рабочем диапазоне частот, определяют соотношение амплитуд и фазу смещения системы. Можно экспериментально определять частотные характеристики при других формах возмущающего воздействия, в частности при ударе. Полученные сигналы измерительных преобразователей силы и смещения подвергают математической обработке с помощью ЭВМ. На практике определяют характеристики системы при резании на режимах, сопровождаю- шихся появлением вибрации. Информация получается более полной, если используется безынерционный динамометр для фиксирования силы резания. В этом случае при математической обработке сигналов методами статистической динамики определяют отношение деформации ЭУС к силе резания.
Преимущество этого метода — наиболее близкое соответствие получаемой информации реальным условиям работы станка. Однако практически при этом, как правило, оказывается ограниченным частотный диапазон получаемой характеристики. Рис. 8.15. Схема ~а) и амплитудно-фазово-частот- наи характеристика ~б) упрощенной модели эквива- лентной упругой системы по главным осям жестко- сти (по нормальным координатам) Данные, получаемые при экспериментальном исследовании прототипа станка, используют при необходимости для уточнения параметров расчетной схемы, а также при составлении расчетных схем станков аналогичной конструкции. В подвижном соединении инструмента и обрабатываемой заготовки реализуется рабочий процесс — резание. Основным параметром, определяющим связь деформации эквивалентной упругой системы с процессом резания, является изменение толщины срезаемого слоя.
Резание как процесс упругопластического деформирования содержит сложные внутренние связи между напряженным состоянием, деформациями, тепловыми процессами и свойствами обрабатываемого материала. В зависимости от условий .резания (режима обработки, геометрических параметров и материала режущего инструмента; материала заготовки и т. и.) резание может быть собственно устойчивым и неустойчивым. Устойчивому процессу соответствует образование сливной стружки, неустойчивому— стружки надлома, элементной, суставчатой, стружки со срывающимся наростом. В областях собственной неустойчивости резания возникает автоколебательный процесс стружкообразования.
Примерное постоянство объемов формирующихся элементов стружки или срывающегося нароста определяет зависимость частоты автоколебательного процесса от скорости резания: частота растет с увеличением скорости. Статическая и динамическая характеристики резания могут быть определены только для собственно устойчивого стружкообразования, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
