Структура динамической системы станка
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
Структура динамической системы станка
Резание, процессы, происходящие в подвижных соединениях станка, в электродвигателях и в гидросистемах и т.п. (рабочие процессы) вызывают деформации упругой системы (УС) станка за счет силового или теплового воздействия. Деформации упругой системы, в свою очередь, изменяют взаимное расположение деталей, образующих подвижное соединение.
Воздействие УС на рабочие процессы выражено таким образом в изменении их основных параметров: сечении среза, нормальном давлении на поверхностях трения, скорости движения и т.п. Это воздействие вызывает изменение сил, количества выделяемого тепла и т.п. таким образом, силы и другие виды воздействия рабочих процессов на УС являются функциями координат (или их производных - скоростей, ускорений) упругой системы. Эта зависимость выражает обратную связь УС на рабочие процессы.
Упрощенная схема станка показана на рис. 1.
На схеме воздействие на УС станка процессов резания, процессов трения и процессов, происходящих в электродвигателях, обозначены соответственно через Р, F, M.
Силы резания зависят главным образом от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров режущего инструмента и площади среза. Одна из первых зависимостей силы резания от площади среза и свойств материала заготовки:
P = Kba
гдеК - удельная сила резания на 1 мм2 среза для конструкционной углеродистой стали К2000 Н/мм2);
b, a - ширина и толщина среза, мм.
В свою очередь, толщина среза а зависит от относительного отжатия (смещения) инструмента и заготовки.
Процессы трения характеризуются зависимостью силы F трения от нормальной нагрузки N и коэффициента трения m. Нагрузку можно выразить через коэффициент нормальной жесткости cN и нормальную деформацию (податливость) yN, тогда получим формулу Амонтона-Кулона:
металлорежущий станок срез давление
F = mcN (yN)m
где - т - показатель степени.
Для малых контактных деформаций показатель степени m=1.
Условная схема ДС станка показана на рис. 2.
Динамические процессы, происходящие в самой УС, например, воздействие силы инерции неуравновешенных вращающихся масс, совершающих возвратно-поступательное движение; силы веса узлов и заготовок и др. рассматриваются как внешние воздействия на УС и обозначаются f(t). Эти воздействия зависят от геометрической и кинематической точности станка, его деталей и сопряжений.
Внешние воздействия на рабочие процессы выражаются в заданном изменении припуска, в заданном изменении давления смазки на направляющие, в заданном изменении электрического напряжения, питающего электродвигатель, и т.п., т.е. параметры изменения настройки рабочих процессов обозначаются у(t) с соответствующим индексом.
Перемещения УС, вызываемые всеми воздействиями, обозначаются буквами у с соответствующим индексом.
При исследовании какого-либо рабочего процесса многоконтурную ДС станка для упрощения заменяют одноконтурной, состоящей из рассматриваемого рабочего процесса и эквивалентной упругой системы (ЭУС), к которой приведены все остальные элементы системы. Например, схемы одноконтурных систем при исследовании воздействия на станок процесса резания и процессов, происходящих в электродвигателе приведены на рис 3а и 3б. На рис. 3б обозначение перемещения у3 заменено углом поворота вала j.
Воздействия рабочих процессов на УС называются связями.
Цепь воздействий, включающую элементы схемы и связи между ними, называют контуром связи.
Контур связи может быть замкнутым и незамкнутым. Физическую величину, описывающую воздействие на данный элемент или систему. Называют входной координатой хвх элемента или системы; результат воздействия - выходной координатой хвых. Уравнение, связывающее выходную и входную координаты, называют характеристикой W этого элемента или системы.
Свойства ДС станка и ее элементов определяется их характеристикой. Если разорвать две связи элемента "Процесс резания" и рассмотреть его отдельно, получим разомкнутую схему (рис. 4).
Характеристика элемента "Процесс резания" WПР:
WПР =
Любая из рассматриваемых характеристик называется статической, если входная координата не изменяется во времени, и динамической, если изменяется.
Примером статического воздействия на станок может служить воздействие постоянной силы Р. Результатом такого воздействия будет упругое смещение на величину у. Если рассмотреть изолировано саму УС в статике, то входящей координатой для упругой системы является постоянная сила Р, а результатом действия силы будет упругое смещение (деформация) у. Таким образом, статической характеристикой УС является
WУС = КУС =
Эта характеристика является обратной величиной жесткости и называется податливостью (е) или обратной жесткостью (e = 1/j = 1/c). Для подчеркивания статического статуса этой характеристики ее обозначают буквой К. Статическая характеристика УС любого станка или любого его узла является нелинейной зависимостью и на графике представляется в виде пе