WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При обработке результатов эксперимента информация о динамических характеристиках станка со вспомогательным инструментом извлекалась непосредственно из полученных реализаций. Основным приемом здесь выступал спектральный анализ наблюдаемых колебаний, проводимый c использованием преобразования Фурье. Для этого в среде Matlab была написана программа, позволяющая использовать xls-реализации колебаний, снятые при разных частотах вращений, для получения соответствующих спектров. На спектрах колебаний упругой системы станка (которая обладает резонансными свойствами), как обычно, могли наблюдаться резкие максимумы (пики) на собственных частотах и на частотах интенсивных циклических возмущений. Пример спектра колебаний для частоты вращения шпинделя n=3200 об/мин приведен на рис.4.

Анализ построенных спектров проведен ниже (в четвертой главе).

Рис.4. Пример спектра колебаний для частоты вращения шпинделя 3200 об/мин.

Для оценки зависимости качества обработки детали от динамических характеристик станка в работе были проведены специальные тестовые испытания – фрезерование участков поверхности на заготовке из стали (твердость HB 234) цельной твердосплавной концевой фрезой R216.33-06030AC10P 1630 Sandvik Coromant диаметром 6 мм с частотами вращения инструмента, исследованными ранее на холостых ходах (рис.5).

Рис.5. Тестовая деталь. Рис.6. Измерение шероховатости.

В первой серии экспериментов фрезу устанавливали в силовой прецизионный патрон, во второй серии – в ускорительную головку. Обработка велась без СОЖ, с подачей 0,03мм на зуб фрезы. Глубина фрезерования составляла 10мм, ширина фрезерования – 1мм, длина каждого прохода – 20мм (достаточная для измерения шероховатости профилометром).

После обработки было проведено измерение профилометром Mitutoyo (Япония) (рис.6) шероховатости обработанных поверхностей и сравнительный анализ полученных значений средней высоты микронеровностей Ra.

Измерения каждого участка проводились трижды, после чего определялось среднее значение Ra. Результаты по средним значениям приведены в таблице 1. Измерения колебаний при частоте вращения фрезы 12800 об/мин проводились только с ускорительной головкой, так как максимальная частота вращения шпинделя станка, используемого в эксперименте, составляла 8000 об/мин.

Таблица 1.

частота шероховатость шероховатость минутная скорость подача вращения Ra1 Raподача резания на зуб инстр-та (мультипликатор) (CoroGrip) об/мин мм/мин м/мин мм мкм мкм 200 18 4 0,03 1,6 1,400 36 8 0,03 1,49 1,800 72 15 0,03 1,4 1,1600 143 30 0,03 1,95 1,3200 287 60 0,03 2,14 1,6400 578 121 0,03 2,77 1,8000 721 151 0,03 1,43 1,12800 1156 242 0,03 2,31 Ниже на рисунке 7 показан график изменения средних значений шероховатости Ra обработанной поверхности образцов в зависимости от частоты вращения фрезы n и вида используемого вспомогательного инструмента. График имеет две шкалы на оси абсцисс: при использовании мультипликатора частота вращения фрезы n в 4 раза выше частоты nШП вращения шпинделя; при использовании патрона Coro Grip фреза вращается с частотой nШП.

Рис.7. График зависимости шероховатости Ra от частоты вращения фрезы и вида используемого вспомогательного инструмента.

Из рис.7 следует, что, во-первых, значения шероховатости Ra поверхности, полученной при использовании прецизионного патрона значительно меньше, чем при использовании ускорительной головки, и, вовторых, – для ускорительной головки существует немонотонная зависимость Ra от частоты вращения шпинделя станка. Последнее свидетельствует, скорее всего, о наличии вынужденных колебаний, вызванных возмущениями со стороны элементов планетарной передачи ускорительной головки, которых нет у прецизионного патрона (остальные условия работы станка не изменялись).

В третьей главе проанализирована конструкция ускорительной головки для определения источников возмущающих воздействий, связанных с работой планетарного механизма. Анализ был направлен на определение частот периодических составляющих кинематической погрешности, источниками которых являются, как правило, неуравновешенности, эксцентриситеты, отклонения основного шага, ошибки профиля и волнистость боковой поверхности зубчатых колес планетарного механизма.

С другой стороны, необходимо было определить собственные частоты колебаний ускорительной головки как упругой динамической системы.

Чтобы получить информацию о конструкции и параметрах ускорительной головки, была проведена ее разборка и деталировка, по снятым размерам составлен чертеж, кинематическая схема и 3D модель, наиболее полно отражающая все массово-габаритные характеристики. Головка и ее элементы показаны на рис.8.

Рис.8. Ускорительная головка и ее элементы.

Для решения первой из поставленных задач была проанализирована кинематическая схема ускорительной головки CentreLine (рис.9).

Рис.9. Кинематическая схема ускорительной головки CentreLine 1:4.

Неподвижное центральное зубчатое колесо 1, связанное с корпусом головки, находится в зацеплении с тремя сателлитами 2, совершающими сложное движение и имеющими подвижные оси вращения. Оси сателлитов закреплены на водиле 3, которое, как и центральное колесо 4, вращается вокруг основной геометрической оси ускорительной головки. Ведущим валом передачи служит вал водила, связанный со шпинделем станка, а ведомым – вал подвижного центрального колеса.

Передаточное отношение планетарного редуктора определяется как i =1 + z3/z1. Следовательно, при частоте вращения водила n3 = nШП, сателлиты будут вращаться вокруг своих осей с частотой n2 = nШП·(z1/z2), а подвижное центральное колесо, являющееся шпинделем фрезы, – с частотой n4 = nШП·(1+z3/z1).

В нашем случае, при разборке ускорительной головки было установлено, что z1=72, z2=24, z3=24; тогда n3 = nШП, n2 = 3·nШП, n4 = 4·nШП (везде об/мин).

Учитывая приведенный выше перечень возможных источников циклических возмущающих воздействий со стороны ускорительной головки, получим следующие возможные частоты возбуждения ею вынужденных колебаний (в Гц):

- колебания, вызванные неуравновешенностью водила головки будут иметь частоты, кратные fВ = 60·nШП (Гц);

- неточности изготовления сателлитов станут причиной возникновения колебаний на частотах, кратных fС = 180·nШП (Гц);

- дисбаланс шпинделя головки, а также качество обработки подвижного центрального колеса станут источниками вибраций на частотах, кратных fШ = 240·nШП (Гц), где nШП – частота вращения водила (шпинделя станка).

Вторая задача, которую было необходимо решить для полноценного анализа спектров колебаний, – определение собственных частот динамической системы ускорительной головки. Для определения статических и динамических характеристик ускорительной головки была разработана ее расчетная схема (рис.10). Было сделано допущение о доминирующей податливости ускорительной головки по сравнению с упругой системой станка. Позже это допущение было подтверждено результатами экспериментов на станке. Это дало основание при разработке расчетной схемы считать ее самостоятельной подсистемой, связанной со шпинделем посредством конического соединения 5.

На расчетной схеме ускорительная головка была представлена стержневой конечноэлементной моделью с восемью узловыми точками. Каждая узловая точка обладала двумя степенями свободы – радиальным и угловым перемещениями. Конструкция мультипликатора была смоделирована стержнями с распределенной массой, пружинами, обладающими вязким демпфированием, и сосредоточенными массами. Пружины 1 и 2 имитировали опоры с парными подшипниками шпинделя головки, 3 и 4 – подшипники водила, а пружина 5 в точке 8 воспроизводила изгибную и угловую жесткость конического соединения.

Рис.10. Расчетная схема мультипликатора.

Была написана программа расчета статических и динамических характеристик ускорительной головки. Основные параметры расчетной схемы головки: точные размеры ее элементов, центры сосредоточенных масс и их инерционные характеристики, определялись из 3D модели c использованием графического пакета T-FLEX CAD 9. По результатам расчета статических характеристик была построена упругая линия ускорительной головки под нагрузкой и определен прогиб на конце инструмента, закрепленного в ее шпинделе. Расчет динамических характеристик включал определение собственных частот и форм колебаний упругой системы головки, а также построение ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). На рис.показан расчетный график радиальной статической деформации точки мультипликатора под нагрузкой 1 даН, приложенной там же. Из графика видно, что статическая податливость в точке 1 составляет 2,96 мкм/даН.

Рис. 11. Радиальная деформация мультипликатора под нагрузкой в 1 даН в т. 1.

На рис. 12 показана АЧХ и низшие собственные частоты ускорительной головки как динамической системы. Две низших собственных частоты мультипликатора оказались равны 441 и 761 Гц, что значительно выше, чем частоты существенных пиков на экспериментальных спектрах колебаний шпиндельной бабки. На этом основании был сделан вывод о том, что пики спектров вызваны, в основном, периодическими возмущающими воздействиями со стороны элементов ускорительной головки, частоты которых ниже собственных частот ее упругой системы.

Рис12. АЧХ на конце шпинделя мультипликатора (мкм/даН).

Для проверки показанных выше результатов расчета ускорительной головки, был проведен эксперимент по определению ее статической податливости при приложении радиальной силы F в сечении, расположенном на расстоянии LF мм от торца шпинделя (рис.13). Таким же образом был исследован прецизионный патрон CoroGrip, имеющий высокую жесткость.

Величина деформации прецизионного патрона определялась в одном сечении, в то время как величина деформации ускорительной головки определялась в сечениях I, II и III, чтобы заметить влияние стыков на характер ее упругой линии. В качестве нагрузки использовались 11 грузов весом по 2 кг. Усилие нагружения передавалось на инструмент при помощи блока и троса. Измерение деформации производилось при помощи микрометрической индикаторной головки, закрепленной на столе станка. При измерении деформации мультипликатора в сечении III, смещение оказалось значительным, поэтому для чистоты эксперимента замеры проводились трижды, а за результат бралось среднее значение отклонений.

Рис. 13. Измерение статической жесткости.

Результаты эксперимента приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Радиальная LF L 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 нагрузка (кГс) (мм) (мм) CoroGrip 104 62 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I 160 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 II 160 97 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 12 9 20 29 32 30 35 48 III 190 148 0 0 3 6 16 24 19 24 37 30 52 0 0 4 5 15 14 19 29 34 33 50 Среднее 0 0 5 8 13 19 22 28 34 33 50 LF - расстояние от торца шпинделя до точки приложения силы (мм) L - расстояние от торца шпинделя до точки измерения (мм) По полученным в ходе эксперимента данным был построен график статических перемещений ускорительной головки и прецизионного патрона под нагрузкой (рис.14).

Рис. 14. График статической жесткости.

Отклонение (мм) Головка CentreLine Измерения показали, что при приложении силы в 22 даН в точке резания, средние значения перемещений в той же точке составляли 62 мкм. Таким образом, статическая податливость ускорительной головки в этой точке оказалась равной 62/22 2,82 мкм/даН. Это подтвердило адекватность ее расчетного определения. Патрон CoroGrip оказался значительно более жестким.

Следовательно, статический расчет, подтвержденный практической проверкой, показал, что разработанная расчетная схема верна. Это дало основания надеяться на адекватность динамического расчета.

В четвертой главе проведен анализ влияния ускорительной головки на колебания шпинделя станка. Для этого была разработана методика, включающая в себя алгоритм действий, а также специально разработанное программное обеспечение, позволяющее обработать полученные экспериментальные сигналы колебаний и расчетные значения частот, возбуждаемых элементами мультипликатора. После обработки данных информация предоставляется в удобном для исследования виде. Спектры колебаний шпинделя станка с прецизионным патроном (эталонный) и ускорительной головкой (исследуемый) выводятся на одну систему координат в различной цветовой гамме. Предполагаемые частоты возмущений и их гармоники, создаваемые различными подвижными элементами головки, отображаются на той же системе координат в виде вертикальных линий с соответствующей маркировкой для идентификации. Полученная таким образом наглядная картина, позволяет определить, какой элемент мультипликатора оказывает влияние на появление в спектре резонанса, а сравнение с эталонным спектром на этой частоте показывает степень этого влияния.

При частоте вращения шпинделя 800 об/мин (см. рис.15.1) максимальный пик исследуемого спектра находится на частоте 213 Гц и точно совпадает с четвертой гармоникой частоты вращения шпинделя ускорительной головки.

Причем модуль комплексной амплитуды колебаний шпинделя с ускорительной головкой (62 нм) на этой частоте превышает модуль комплексной амплитуды колебаний шпинделя с прецизионным патроном (23 нм) почти в три раза.

Рис.15.1. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 800 об/мин.

На частоте вращения шпинделя 1600 об/мин (см. рис.15.2) максимальный пик находится в том же месте спектра, но его модуль комплексной амплитуды (242 нм) в четыре раза превышает значение, определенное на 800 об/мин шпинделя. Пик эталонного спектра на этой частоте меньше исследуемого в три раза и составляет 80 нм. Это объясняется попаданием второй гармоники частоты вращения шпинделя ускорительной головки на собственную частоту системы, которая оказывает большее влияние на амплитуду колебаний, чем четвертая гармоника, показанная на рис 15.1.

Этот же характерный пик наблюдается на частоте вращения шпинделя 3200 об/мин (рис.15.3). В этот раз пик на частоте 213 Гц исследуемого спектра достигает своего максимального значения. В данном случае его частота совпадает с основной частотой вращения шпинделя головки, в результате чего система колеблется с максимальной амплитудой. Модуль комплексной амплитуды исследуемого спектра на этой частоте 520 нм при 50 эталонного.

Рис.15.2. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 1600 об/мин.

Рис.15.3. Анализ спектров на частоте вращения шпинделя 3200 об/мин.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»