Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПОВШПЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА СТАНКОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1. Фундаментальные исследования динамики станков. Направления исследовании системы СПИД 12
1.2. Математические модели подсистем станков 15
1.3. Демпфирование в стыках несущей системы станков 18
1.4. Подсистемы станка как объекты .управления 24
1.5. Системы адаптации несущих систем станков 25
1.6. Преобразователи "перемещение электрический сигнал" и "электрический сигнал-перемещение" 29
1.7. Цель и задачи исследования 37
ГЛАВА 2. НЖОТОРЫЕ СПЕЩШЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИЙ УПРАВЛЕНИЯ ДЕМПФИРОВАНИЕМ В СТЫКАХ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ 39
2.1. Математическая модель несущей системы координат-но-расточного станка одностоечной компоновки 39
2.2. Математическая модель подсистемы "стол-салазки--станина" с активным динамическим демпфером 47
2.3. Область .управляемости .упругими силами стыка 58
2.4. Теоретическое исследование системы с демпфированием, как объекта .управления 65
2.5. Выводы по главе 71
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦШВДЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ АКТИВНОГО ДЕМШИРОВАНЙЯ В СТЫКАХ 73
3.1. Метод и .устройство для получения информации об относительных угловых колебаниях 73
3.2. Устройство для измерения относительных продольных колебаний 77
3.3. Измерительные преобразователи относительной скорости ^зла в направлении его движения и перпен— дикулярном ему 78
3.4. Двухкомпонентный измерительный преобразователь относительной скорости 83
3.5. Одно и даухкомпонентные измерительные преобразователи скорости радиальных биений вращающихся .узлов станка \. 87
3.6. Передаточная функция измерительного преобразователя "скорость-электрический сигнал" 92
3.7. Математическое описание специфических преобразователей электрического сигнала в перемещение 93
3.8. Устройство для демпфирования в подвижных стыках несущих систем станков 97
3.9. Повышение потенциальной энергии в стыках несущей системы станков 102
3.10. Устройство для активного демпфирования и компенсации деформаций управляемым стыком 105
3.11. Функциональная и динамическая структура системы автоматического .управления демпфированием III
3.12. Выводы по главе 116
ГМВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ПУТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЕМПФИ РОВАНИЕМ В СТЫКАХ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ 118
4.1. Конструктивно-функциональная схема установки 118
4.2. Механо-электрическая часть экспериментальной .установки 121
4.3. Измерительно-регистрирующий комплекс экспериментальной установки. Структура 125
4.3.1. Выбор и обоснование системы координат 125
4.3.2. Блок-схема и элементы измерительно-реги— стрирующего комплекса 126
4.4. Измерительные преобразователи абсолютных колебаний 130
4.5. Предварительный .усилитель 132
4.6. Следящий режекторныи фильтр на частоту сети и её гармоники 133
4.7. Усилительно-интегрирующий блок 143
4.8. Трехкомпонентный динамометр 147
4.9. Система автоматического управления демпфированием 151
4.10. Выводы по главе 155
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДОСТОВЕРНОСТИ МАТЕМА ТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ СТАНОЧНЫХ СИСТЕМ С ДЕМПФИРОВАНИЕМ 157
5.1. Общие вопросы методики исследования 157
5.I.I. Условия экспериментальных исследований 160
5.2. Экспериментальное определение исходных характеристик опытной установки, необходимых для аналитического исследования систем 161
5.2.1. Некоторые замечания 161
5.2.2. Определение статической жесткости и составление баланса упругих перемещений 162
5.3. Экспериментальное исследование влияния контактного сближения демпфирующего подвижного стыканаправляющих качения на его динамические характеристики 167
5.4. Экспериментальное исследование динамических характеристик несущей системы станка в .условияхотсутствия управления демпфированием 173
5.5. Выводы по главе 187
ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ПОДСИСТЕМЫнСТ0Л-САЛАЗКИ-СТАНИЙАп ПУТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДШШРОВАНИЕМ В СТЫКАХ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ 189
6.1. Общие вопросы методики исследования 189
6.2. Экспериментальное исследование некоторых специфических преобразователей 190
6.2.1. Экспериментальное исследование преобразователей параметров движения в электрический сигнал 190
6.2.2. Экспериментальное исследование преобразователя "электрический сигнал-перемещение" 195
6.3. Экспериментальные исследования подсистемы "стол-салазки-станина", как объекта .управления 197
6.4. Показатели динамического качества подсистемы "стол-салазки-станина" с системой активного :управления демпфированием координатно—расточного станка с направляющими качения 202
6.5. Экспериментальные исследования повышения динамического качества подсистемы "стол-салазки-станина" координатно-расточного станка с направляющими качения дутем автоматического управления демпфированием в стыках 206
6.6. Выводы по главе 209
ГЛАВА 7. ОСНОШЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ . 212
А. Основные результаты 212
Б, Заключение 213
ЛИТЕРАТУРА ." 215
ПРИЛОЖЕНИЯ 237
I. Акт внедрения и расчет экономической эффективности
- Фундаментальные исследования динамики станков. Направления исследовании системы СПИД
- Математическая модель несущей системы координат-но-расточного станка одностоечной компоновки
- Метод и .устройство для получения информации об относительных угловых колебаниях
- Конструктивно-функциональная схема установки
- Общие вопросы методики исследования
Фундаментальные исследования динамики станков. Направления исследовании системы СПИД
Основные положения динамики станков разработаны В.А.Кудино-вым [152]. Рассматривая в ней общие вопросы анализа металлорежущих станков, автор представляет динамическую систему станка, как сложною многоконтурную систему. Процессы в которой определяются взаимодействием рабочих процессов, в первую очередь резания, и .упругой системы.
В [152] впервые предложена единая система показателей динамического качества станка. Особенности рабочих процессов, имеющих место в замкнутой динамической системе СПИД, нашли свое отражение в таких понятиях, как динамические характеристики резания и трения [153].
В формирование динамики станков, как науки, внесли вклад отечественные ученые И.А.Дроздов, В.В.Каминская, А.И.Кащирин, З.М.Левина, В.Н.Подураев, Д.Н.Решетов, А.П.Соколовский, М. С. Штейнберг, а также зарубежные исследователи Г.Опитц, С.А.Тоби-ас, В.Фасовик и др. [122, 136, 141, 158, 171, 176, 183, 201, 215, 228].
Исследование динамических явлений при резании проводятся также в крупных исследовательских центрах Англии, США,ФРГ,Японии. Ряд, заслуживающих особого внимания, исследований выпол— нено под руководством профессора Г.Опитца. К настоящему времени специальной группой, руководителем которой является П.Ван— герк, выполнен анализ данных по динамике станков и разработана методика исследований [ИЗ].
На современном этапе своего развития динамика станков использует последние достижения других наук - технической кибернетики, информационно-измерительной техники и др. Проводит исследования на стыке областей познания и движется вперед, в основном, в трех направлениях. Это фундаментальные теоретические исследования, конкретные реализации теоретических предпосылок и получение информации о поведении системы СПИД в процессе функционирования станков. Они диалектически связаны между собой.
1. В теоретическом плане решаются вопросы построения математических моделей, наиболее точно отражающих объекты исследования. Они учитывают динамику отдельных подвижных и неподвижных стыков и всю систему СПИД в целом. .Адекватность проверяется экспериментально. Поэтому качество моделей определяется измерительно-регистрирующим комплексом.
К фундаментальным основам динамики станков можно отнести также оптимальное конструирование, в частности, несущих систем металлорежущих станков с требуемыми характеристиками динамического качества, разработку новых направлений в создании конкретных устройств, повышающих эксплуатационные и технологические параметры станков.
Математическая модель несущей системы координат-но-расточного станка одностоечной компоновки
Математической моделью НСС является совокупность дифференциальных .уравнений, описывающих поведение объекта (рис. 2.1.1) со многими степенями свободы. Последний идеализируется в виде системы сосредоточенных и распределенных масс, находящихся во взаимодействии и соединенных невесомыми .упругими и диссипативными элементами Cl52, 168].
Разрабатываемая ниже математическая модель представляет собой единство теории и эксперимента: анализ форм колебаний позволяет ограничить количество переменных, из опыта отыскиваются жест костные, инерционные и диссипативные элементы. На основании полученных данных корректируются уравнения, описывающие поведение НСС.
Анализ формы колебаний в поле возмущающих сил резания, показал возможность ограничения четырнадцатью независимыми переменными с соответствующим количеством обобщенных координат:
Независимые переменные Xj, Х2 »Х3 - поступательные движения станка на опорах в направлении координатных осей OX, 0Y, 0Z соответственно; Xil,X5 - .угловые движения станка в плоскостях Z0X и Z0Y соответственно; Х6, X 7 - .углы поворота сечения станины под стойкой и на левой опоре (при у = 0) в результате крутильных колебаний в плоскостях Z0X и Z0Y; Xg,XgtXiQ - .углы поворота верхнего сечения стойки при (у = 1) в результате изгибных колебаний в плоскостях Z0X, ZOY ,X0Y; Xff »Х,2 - поступательные колебания стола относительно салазок в направлении осей ОХ и 0Z ; /з Х/4 " поступательные колебания салазок относительно станины в направлении осей
Метод и .устройство для получения информации об относительных угловых колебаниях
В процессе работы карусельных, токарных, зуборезных и коор-динатно-расточных станков (особенно при использовании поворотного стола) возникают .угловые колебания.
Ниже разработан метод и прибор для измерения угловых колебаний .узлов станка, движущихся относительно друг друга С36]. Суть метода и работу прибора рассмотрим на примере измерения угловых колебаний планшайбы поворотного стола относительно его корпуса.
На рис.3.1.1(а,б,в,г,д,е) показаны временные диаграммы, поясняющие работу схемы, а на рис.3.1.2 - блок схема прибора.
Прибор для измерения угловых относительных колебаний содержит магнитный носитель I, деталь 2 - планшайбу поворотного стола, первую электромагнитную головку 3, вторую 4, контролируемую деталь 5 - корпус поворотного стола, относительно которого контролируют угловые колебания, генератор 6 опорного сигнала, блок сравнения 7, полосовой фильтр 8 и регистрирующий прибор 9.
Конструктивно-функциональная схема установки
Основой экспериментально-исследовательской установки является серийно выпускаемый КРС средних размеров модели 2450А, снабженный системой управления демпфированием в подвижных стыках с направляющими качения и ИРК многомерных сил и вибраций НС.
Внешний вид станка модели 2450А показан на рис.4.1.1.
Конструктивно-функциональная схема установки приведена на рис.4.1.2, на которой видно, что в подвижном стыке КРС стол— салазки с направляющими качения, установлены исполнительные устройства I и 2 (в этой проекции видны только два из четырех исполнительных устройств) САУД. Эскиз исполнительного устройства показан на рис.3.8.1. Устройствами I и 2 управляет система регулирования демпфированием.
В подвижном стыке установлены ИП сближения направляющих 3, относительных колебаний стола и салазок 4, а так же относительных колебаний стола и гильзы - 4, выдающие сигналы обратной связи САУД.
Общие вопросы методики исследования
Основой спектрально-корреляционной теории стационарных случайных процессов и получения с её помощью характеристик исследуемых систем является обоснованная выборка из генеральной совокупности, определяемая доверительным интервалом с требуемыми границами возможной погрешности [і01, 119, 202].
Выборка записывается на промежуточный носитель информации ленту шлейфового осциллографа, с которой с помощью аналого цифрового преобразователя каротажных диаграмм Ф00І выборка записывается на перфоленту и в таком виде вводится в ЭВМ,
Важнейшими параметрами регистрации измерительной информации являются временной интервал дискретности Л і [с], скорость записи сигналов V запХмм/с]и длительность записи Т [с], ЛІ -интервал дискретности или интервал времени между последовательными отсчетами при проведении преобразования непрерывного сигнала в дискретную форму. Как известно, наиболее высокая частота, которая может быть выделена при дискретизации со скоростью - - отсчетов в сеісунду, равна YKl =/Н ГГЦ]И называется час— тотой Найквиста. Содержащиеся в исходном сигнале более высокие частоты через fH будут свернуты в диапазон О-r-f н и смеши— ваются с более низкими частотами этого диапазона. Это явление называется маскировкой частот и приводит к искажению истинной оценки спектральной плотности ГіОі].
