Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Моделирование технологического оборудования

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
4.93 Mб
Скачать

Для токарной обработки с врезной подачей (рис. 4.17) [13] изменение толщины срезаемого сЛоя представляет собой относительное смещение инст­ румента и заготовки по координате у.

г = у.

Рис. 4.17. Принципиальная схема токарной обработки

сврезной подачей

Вэтом случае достаточно рассмотреть динамику системы в направлении оси у. Пусть система инструмента будет неподвижной, а система заготовки отображена упругой системой с одной степенью свободы. Тогда механическая цепь, отражающая динамические процессы в такой системе, будет иметь вид, показанный на рис.4.18.

Эквивалентная схема токарной обработки с врезной подачей, полученная по второй системе аналогий, показана на рис. 4.19.

У

I

Су hy M - j- кр

I

Рис. 4.19. Эквивалентная схема токарной обработки с врезной подачей при статиче­ ской характеристике резания

Математическая модель, построенная по данной эквивалентной схеме, представляет собой дифференциальное уравнение второй степени

М у + hy у + С уу + к Ру = F .

(4.10)

При учете явления демпфирования математическая модель процесса ре­ зания имеет более сложный вид и представляет собой дифференцирующее зве­ но

Р = кР -г + hp • в,

(4.11)

 

где htT- коэффициент вязкого трения процесса резания;

б - скорость изменения толщины срезаемого слоя.

В этом случае для токарной обработки с врезной подачей, когда е = v, ме­ ханическая цепь и эквивалентная схема несколько изменяются. Изменение за­ ключается в появлении дополнительного элемента, отражающего демпфирова­ ние процесса резания (рис. 4.20, 4.21).

С\

М

 

У

Рис. 4.20. Расчетная схема токарной обработки с врезной подачей при учете жесткости и демпфирования процесса резания

Рис. 4.21. Эквивалентная схема токарной обработки с врезной подачей при учете жесткости и демпфи­ рования процесса резания

Математическая модель такой системы имеет следующий вид:

М у+ hy у+ Суу + кРу + hP у = 0.

(4.12)

Если возникает необходимость учесть инерционность процесса резания, запаздывание изменения силы резания при изменении толщины срезаемого слоя, то математическая модель значительно усложняется. Именно такая мо­ дель используется при исследовании виброустойчивости обработки. Пренебре­ жение демпфированием, то есть учет только жесткости и инерционности, при­ водит к математической модели процесса резания в виде апериодического звена

Р + Т р Р — к р Е у

(4.13)

где Т Р - постоянная времени стружкообразования;

Р - скорость изменения силы резания.

Такая математическая модель находит широкое применение при исследо­ вании проблемы виброустойчивости.

При отображении процесса резания в таком виде метод прямой аналогии требует выделения процесса резания в качестве подсистемы, которая взаимо­ действует с упругой системой. В этом случае механическая цепь токарной об­ работки с врезной подачей будет иметь вид, показанный на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Механическая цепь токарной обработки с врезной подачей при учете резания как апериодического звена

Элемент к отражает взаимодействие между подсистемами. В эквивалент­ ной схеме (рис. 4.23) это взаимодействие учитывается включением фиктивных источников PF.

Су hy

Рис.4.23. Эквивалентная схема токарной обработки с врезной подачей при учете резания как апериодического звена

Уравнение связи при этом имеет следующий вид:

P F X= Р .

(4.14)

PF2 = - к г у .

Математическая модель, полученная по эквивалентной схеме, имеет вил:

М у+ //, v+ С\ у + Р = F.

(4.151

j r P+P = k,v.

где М —приведенная масса системы заготовки;

Ну - коэффициент демпфирования в упругой механической системе, Су - жесткость связи упругой механической системы, Р - сила резания,

ки - коэффициент силы резания.

Исходные данные системы токарной обработки с врезной подачей для программы PAN представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6 Исходные данные токарной обработки с врезной подачей

 

Ветвь

 

Узел

 

 

 

Значение

 

тип

от

до

вли­

 

C,R,L

E,J,k

знак

 

 

 

 

яния

L = 1 /Су

 

 

1

L

1

0

 

 

 

2

С

1

0

 

пII

 

 

 

3

R

1

0

 

II *

 

 

 

 

 

 

 

 

4

PF

1

0

2

 

 

* = 0,5

 

5

JF

2

0

1

 

 

к -кр

-1

6

R

2

0

 

II С*

£

 

 

7

L

2

0

 

L = 1

 

 

 

8

J

1

0

 

 

 

1

-1

Процесс резания является замыкающим звеном динамической системы и образует с упругой системой станка замкнутую систему. Кроме этого через процесс резания происходит взаимодействие между разными подсистемами станка: упругой несущей системой, упругой системой главного привода и упру­ гой системой привода подач. Это взаимодействие называют явлением коорди­ натной связи. При исследовании данных вопросов процесс резания должен рас­ сматриваться в виде полной линейной модели.

Р + Т р Р = к Рхх + hPx х + к Руу + hPy у + hP. z,

(4.16)

где крх, к,у - коэффициенты резания по осям х, у,

к/‘х, V - коэффициенты демпфирования по координатам х, у.

В данной модели учитывается жесткость и демпфирование по ортого­ нальным координатам х, у, которые определяют величину сечения срезаемого слоя материала а и Ь.

По координате z учитывается только демпфирование резания. В левой части уравнения отражена инерционность процесса резания.

Если отразить упругую несущую систему токарного станка в плоскости zOy, упругую систему главного привода и упругую систему привода подач в виде колебательных звеньев с одной степенью свободы, то получится механи­ ческая цепь токарной обработки, отражающая координатную связь через пол­ ную линейную модель процесса резания (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Механическая цепь токарной обработки цри уч^е резания в виде

полной линейной модели

Элементами механической цепи отраженц основные физические явле­ ния, протекающие в динамической системе станка-

ПГД - система главного привода; П П - привод подач;

УНС - упругая несущая система; Сф, Ст, Су- приведенные жесткости соответствующих подсистем;

h9l hx, hy- приведенные коэффициенты демпфирования подсистем; J 9, Мх, Му- приведенные инерционные параметры системы;

ТР- постоянная времени стружкообразования; К кх, ку- элементы связи упругих подсистем с подсистемой резания.

На рис. 4.25 изображена эквивалентная схема динамической системы то­ карной обработки, построенная на основе механической цепи.

ПГД

Рис.4.25. Эквивалентная схема токарной обработки при учете резания в виде полной линейной модели

Фиктивные источники типа PF и JF обеспечивают связь межд\ хпругимп подсистемами ПГД, ПП, УНС и процесса резания. Уравнения связи определя­ ются выражениями:

PFP. = k:Py

 

?¥Px=kxP,

 

PF/>y = kyP,

 

JF, = hpx x »

(4.17)

PF^ = kPxxf

 

J¥y = hpy у ,

 

PFy = ^РуД'»

 

JFZ=hP2z.

 

Математическая модель динамической системы токарной обработки представляет собой систему четырех обыкновенных дифференциальных урав­ нений с четырьмя неизвестными:

Лр Ф +Лф Ф + С ф + * гР = 0,

Мх х+ hx х+ Схх + кхР = 0,

(4.18)

М у у+ Иу у+ Суу + куР = 0,

hPx х+ кРхх + у+ круу + hP: ф+— Р+ Р = О, Тр

где кРху кру - коэффициенты резания по соответствующим координатам; hPx, hpy, Л/>г - коэффициенты демпфирования резания по соответствующим

координатам;

кХ9 ку, L - коэффициенты, определяемые проекциями силы резания на соответствующие оси.

Некоторые авторы [17, 21] предлагают более сложные математические модели, которые учитывают собственную устойчивость процесса резания и его нелинейность.

4.5. Разработка математической модели плоскодоводочного станка «Растр»

Доводочные станки предназначены для окончательной обработки деталей машиностроения. Они обеспечивают заданные размерную точность, качество и форму поверхности. Современные значения этих показателей достигнуты в ос­ новном за счет совершенствования режимов резания и кинематики станков. И во многом потенциал их улучшения исчерпан. Однако требования к точности, обеспечению стабильности процессов обработки постоянно возрастают. По­ этому все чаще на первый план при проектировании прецизионного оборудо­ вания выступают вопросы динамики, влияния вибраций на процесс обработки и нагрузки в конструктивных элементах. Но динамические процессы в доводочных станках и их роль до сих пор исследованы недостаточно. Поэтому представляет большой интерес разработка методов исследований динамики. Одним из них является теоретическое исследование динамики на основе мате­ матической модели. Математическая модель может быть получена при помощи метода прямой аналогии.

На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» Пермского госу­ дарственного технического университета накоплен большой опыт конструирования и изготовления плоскодоводочных станков типа «Растр». На рис. 4.26 представлена кинематическая схема одного из этих станков.

Рис. 4.26. Принципиальная схема плоскодоводочного станка «Растр)

п о

Станок предназначен для окончательной обработки плоских поверхно­ стей. Он обеспечивает растровое движение притира, что создает оптимальные условия для работы режущих зерен, увеличивает производительность и качест­ во обработанной поверхности. Станок имеет следующие основные узлы: свар­ ной корпус У, электродвигатель 2, ременные передачи 5, кривошипный меха­ низм 4 для преобразования вращательного движения в колебательное движе­ ние, рабочий стол (притир) 5, нажимное устройство 6. При моделировании ди­ намики доводочных станков необходимо отразить упругую систему станка и динамику рабочих процессов.

Расчетная схема доводочного станка с растровым движением представле­ на на рис. 4.27.

Математическая модель доводочного станка представляет собой сово­ купность математических моделей элементов расчетной схемы, которые имеют вид (2.5).

Уравнения отражают условие равновесия элементов расчетной схемы при учете сил инерции, сопротивления, упругих сил и сил реакций со стороны со­ седних элементов. Силы реакции, выступающие как вектор внешних воздейст­ вий, представлены в виде уравнений связи (см. п. 3.2).

Корпус станка У представляется в модели абсолютно твердым телом и принимается за базу.

Механизм привода 3 вместе с электродвигателем 2 представлен в виде цепной системы последовательно соединенных, посредством пружин и сопро­ тивлений, сосредоточенных масс, имеющих одну степень свободы. В качестве сосредоточенных масс выступают ротор электродвигателя и шкивы ременных передач. Пружины обозначают упругость электромагнитной связи двигателя, ременных передач и соединений шатунов с валами и столом. Сопротивления.

Соседние файлы в папке книги