металло и автоматы (841805), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Колебания, возникающие из-за переменной жесткости, по своему характеру н методам борьбы с ними близки к вынужденным. РЙГ еь Веды ястаьззй В 1тзйк" ~ Автоколебания при резании являются наиболее характерной формой колебательных процессов в станках. Авто- колебания (незатухающне, самоподдерживающиеся колебания) характеризуются тем, что силы, поддерживающие колебания системы, возникают в самом процессе колебаний. Существует целый ряд теорий, объясняющих происхождение сил, поддерживающих автоколебательный процесс. Так, согласно так называемой теории координатной связи траектория движения резца относительно заготовки имеет форму эллипса (рис.
62, д). На участке движение резца ВпА сила резания Р производит положительную работу. так как ее направление почти совпадает с направлением движения резца, а на пути Агп — отрицательную работу. Так как на пути ВлА сила резания в среднем больше, чем на пути АтВ нз-за большей глубины резания, то в течение одного полного цикла колебания эта сала . совершит некоторую положительную работу, поддерживающую колебательный процесс.
Эта работа характеризуется площадью диаграммы силы резания Р— перемещение резца е (рис. 62,д). Если система станка устойчива, то фазовый сдвиг между колебаниями резца в радиальном и тангенцнальном направлениях таков, что движение вершины резца по эллипсу будет происходить в направлении обратном, показанному на рис. 62,д. В этом случае силы резания будут оказывать демпфирующее действие на колебания, и площадь эллипса будет характеризовать величину рассеиваемой энергии.
Описанная роль изменения толщины среза в возбуждении автоколебаний дополняется эффектом запаздывания изменения силы резания при изменении толщины среза. Автоколебания возникают обычно с частотой, близкой к частоте собственных колебаний деталей. Поэтому в станках наблюдаются высокочастотные колебания, соответствующие частоте собственных колебаний резца (( = 2000гэб000 Гц). колебания средней частоты, соответствующие частоте собственных колебаний шпинделя (( = 200 —:300 Гц), и низкочастотные колебания суппортной группы (~ = = 80 —:! 50 Гц) или обрабатываемой детали.
Фрикционные овтоколебания, причина которых заключается в переменности сил трения в направляющих элементах, могут возникать при перемещении столов, суппортов и других элементов станка. Одной из причин возникновения фрикционных автоколебаний является то, что сила трении покоя Ее больше силы трения движения Е, и зависит от продолжительности неподвижного контакта. Эти явления способствуют возникновению релаксационных (прерывистых) автоколебаний прн медленных перемещениях элементов станка (рис. 62„е).
При малой равномерной скорости перемещения )гэ ведущего звена 1 будет происходить деформация передаточного механизма (звена 2) н движение ведомого звена 3 начнется лишь тогда, когда будет преодолена сила сопротивления Е . Как только начнется движение, сила трения резко уменьшится, так как Е(Ем и ведомое звено под действием потенциальной энергии сжатого звена 2 получит перемещение с переменной скоростью и остановится. Далее циклы скачков будут повторяться во времени д В случае смешанного трения возникновение фрикционных автоколебаний можно обьяснить, если рассмотреть движение элемента станка, имеющего не менее": двух степеней свободы. Для создания -, станков высокого динамического качества необходимо рассмотреть дина- ',: мическую систему всего станка и вы-, явить основные факторы, влияющие '; на интенсивность колебательных про-:" цессов (см.
раздел 3). Теплостойкость станка. Тепловые де-; формации станков являются наиболее,. характерным процессом средней ско-,:, рости, который приводит к нарушению ':. начального положения элементов стан- ' ка и понижает точность обработки. Так, например, наблюдения за положением шпинделя токарного станка ' показали, что при работе станка в течение нескольких часов (3 — 7 ч) происходит постепенное смешение шпинделя из-за нагрева передней части шпиндельной бабки. Смещение доходит . до 20 — ! 20 мкм и затем прекращается, так как устанавливается опре-:- деленный теплообмен. После выключения станка происходит постепенный возврат шпинделя в прежнее положение.
Наибольшее влияние на точность обработки оказывают тепловые деформации точных механизмов и корпусных деталей. Основными источниками тепловыделения в станках, приводящими к появлению неравно- '"- мерных тепловых полей, являются процесс резания, трение в механизмах станка, гидросистемы, электротехнические системы (особенно двигатели). Кроме того. необходимо учитывать влияние внешних источников тепла и колебания температуры окружающей среды. Во времени г тепловые деформации 6 протекают обычно по экспоненциальному закону 6 — с (1 — е — '), где с, а — коэффициенты, зависящие от конструкции и материала.
С течением времени значение тепловых деформаций стабилизуется (теоретически прн г -+ о значение 6 — с), однако период их интенсивного проявления занимает, как правило, несколько часов. Результаты исследования тепловых деформаций вертикально-фрезерного станка с ЧПУ показаны иа Гнс ЬЗ Тл л Бмч лефоэчччнл ч 1ччч-;р 1,о.иж .
*.ач ч:П:» ы О::: Чг~ ч и::..:": а:*к;:.- рнс. 63. Неравномерный нагрев конст:рукции (на рнс. 63,а показаны нзотер:м ы н значения избыточных температур :стенок стойки и шпнндельной бабки станка) приводит к тепловым дефор.м ациям. Шпиндель из-за термоснммет::р ичностн конструкции изменяет свое положение в плоскости, что характе'р нзуется смещениями Лу н Лз переднего конца шпинделя и поворотом его осн на угол Ла. В данном случае смешении являются результатом двух процессов, протекающих во времени с неодинаковой ннтенснвностью,— тепловых деформаций шпиндельной бабки :и колонны станка, которая может нз'гн баться и вперед, и назад. Поэтому 'с уммарная деформация Л (рнс.
63,б) :м ожет подчиняться не только экспо'.яенцнальному закону (кривая 2), но 'и меть более сложную зависимость с ,н аличием максимума (кривые !, 5», минимума (кривая 4), может возрастать во времени Г с различной интенсивностью (кривая 3) и в ряде случаев возможно изменение направления деформации (крнвые 4, 5). Однако во всех случаях через 3 — 5 ч работы станка происходвт стабилизация его тепловых деформаций. Следует иметь в виду, что тепловые деформации, как н другие про.ц ессы, изменяющие начальное состоя- нне станка, проявляются как случайные функции (крнвая 2).
Влияние тепловых деформаций станков на точность обработки может быть снижено следующими основными способамн: уменьшением теплообразования н увеличением теплоотдачи; расположением источников тепла (например, гидростанцнй) вне станка; выравниванием температурного поля станин н . стоек искусственным подогревом более холодных стенок; введением температурных компенсаторов; созданием цехов с постоянной температурой (термоконстантных); созданием автоматических систем с обратной связью, восстанавливающих координаты станка за счет специального подогрева нлн охлаждения отдельных частей корпусных деталей. Износостойкость станка. Для станков, как и для многих других машин, основным нз медленно протекающих процессов является изнашивание.
Износ — это результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. При изнашивании двух сопряженных деталей на нх поверхностях возникают сложные процессы, обусловленные мнкрорезаннем, пластическим деформнрованнем, усталостными явлениями, окислительнымн процессами, темпера- (!8) турными влияниями и т.
д. Кроме износа для поверхностей деталей станков характерны такие виды разрушения, как смятие, усталость поверхностных слоев. Износу подвергаются многие сопряжения станков — направляющие, ходовые винты, диски фрикционных муфт, шпиндельные опоры и др. Износ приводит к потере станком точности, к росту динамических нагрузок, падению КПД, увеличению тепловыделения и к другим явлениям, ухудшающим начальные показатели. Основные методы борьбы с износом: применение износостойких материалов, смазки поверхностей, предотвращение загрязнения поверхностей, выбор рациональных конструктивных форм, сопряжений, компенсация износа н др. (см. гл.
(9). Смазка трущихся поверхностей станков является одним из основных методов повышения их долго- дх ввв Привод станков й 1. Структура пряна!!а са ступамчатым рагуямраааммам Привод станка сообшает инструменту и заготовке необходимые скорости н передает силы, требуемые для осуществления данного технологического процесса. Привод станка состоит из коробки скоростей, осуществляющей главное движение, коробок подач и привода вспомогательных и установочных перемещений. Коробки скоростей и подач должны иметь звенья настройки для получения различных режимов обработки в заданном диапазоне. Регулирование скоростей и подач может быть ступенчатым или бесступенчатым.
Бесступенчатое регулирование — это регулирование, когда в данном диапазоне можно установить любую скорость илн подачу. Применение гидравлических методов бесступенчатого регулирования, как правило, более целесообразно для поступательного привода.(см. гл. 25). Механические вариаторы скоростей обычно сложны и не всегда обеспечивают передачу требуемой мощности и высокий КПД. вечности и увеличения КПЛ станка', а также уменыления шума н вибра-: ций.
Большинство сопряжений станков работает в условиях неполной смазки,; когда между поверхностями возникает граничное трение (толщина слоя смазки порядка О,! мкм) или полужидкостное трение. В этом случае износ поверхностей значительно меньше, чем при . отсутствии смазки, но полностью устранить износ нельзя, так как может возникатк непосредственный контакт тру-. щихся тел.
При расчете и конструировании станка необходимо обеспечить как его высокие начальные показатели: прочность, точность, жесткость, так н сопротивляемость вредным процессам, действующим на станок при его эксплуатации, т. е. высокие вибро-,. тепло- и износостойкость. В станкостроении все шире применяют регулируемые электродвигатели постоянного тока с большим диапазоном регулирования. Однако чаще применяют асинхронные электродвигатели с одной нли несколькими (двуми или тремя) скоростями В этом случае применяют ступенчатое регулирование, которое дает возможность установить лишь определенные частоты вращения в заданном диапазоне, и поэтому скорость резания или подача не всегда могут быть установлены точно. Передачи со ступенчатым регулированием обычно компактны и просты, имеют высокий КПД.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
