animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Колебания В Станках С Чпу По Металлу

Колебания В Станках С Чпу По Металлу

колебания в станках

В настоящее время непрерывно возрастает мощность и быстроходность металлорежущих станков, с одновременным ужесточением требований к точности и шероховатости обработанных поверхностей. При этом все более существенной становится роль динамических процессов в станках. Поэтому возможность расчета колебательных явлений на стадии проектирования и анализа путей, устраняющих нежелательные колебания в металлорежущих станках, является весьма актуальной.

В станках происходят колебания двух видов:

  • вынужденные колебания, причинами которых в металлорежущих станках являются периодически возникающие внешние воздействия;
  • автоколебания, которые обуславливаются источниками энергии неколебательного характера, находящимися внутри системы.

При расчете динамических характеристик металлорежущих станков решаются следующие основные задачи:

  • определение частот собственных колебаний системы и сравнение с частотами возмущающих воздействий;
  • определение амплитуд вынужденных колебаний;
  • расчет параметров переходных процессов;
  • расчет амплитудно-фазовых частотных характеристик и определение форм колебаний;
  • расчет устойчивости динамической системы.

Обычно расчеты производятся по следующим этапам:

  • приведение реальной системы к динамической модели;
  • составление уравнении движения модели (или использование типовых готовых решений);
  • определение параметров системы (модели): жесткости, инерционных характеристик, демпфирования;
  • решение уравнений движения (использование готовых решений).

Динамическая модель станка по металлу

Динамическая модель - это расчетная схема, с той или иной степенью достоверности отображающая динамические свойства системы. При разработке динамической модели приходится находить компромиссное решение по отношению к противоречивым требованиям - максимальной простоты и достаточной достоверности. Модель, близкая к идеальной, оказывается, как правило, слишком сложной и требует для подготовки данных и решения больших затрат времени. Динамическая модель при моделировании станка или его узла должна быть максимально простой и соответствовать реальной конструкции с достаточной для практики точностью по следующим показателям:

  • статической жесткости;
  • низших частотам собственных колебаний;
  • амплитудам колебаний на этих частотах.

Основные виды динамических моделей (в порядке возрастания сложности):

  • с дискретными (сосредоточенными) параметрами. Дискретная модель представляется в форме линейной системы со многими степенями свободы, состоящей из сосредоточенных масс, связанных между собой упругими и диссипативными элементами. Простые дискретные модели (с числом масс не более 2 - 4) используют для оценочных расчетов механизмов приводов, деталей типа балок, несущих систем и т.д.;
  • с распределенными параметрами. Модель с распределенными параметрами применяют, в частности, для уточненных расчетов деталей типа балок, валов, шпинделей, несущих систем.;
  • на базе метода конечных элементов (МКЭ). Модель на базе метода конечных элементов является наиболее достоверной, но и трудоемкой. При использовании МКЭ система разбивается на множество конечных элементов, имеющих стандартное описание. Решение осуществляется с помощью персональных компьютеров. Применяют такие модели для уточненных расчетов характеристик несущих систем и станков в целом.

При подготовке расчетной модели необходимо определить исходные параметры ее элементов: инерционность, жесткость, демпфирование, силы трения, люфты в связях и т.д.

Вынужденные колебания станка и пути их устранения

Основными источниками, обуславливающими вынужденные колебания в станках, являются:

  • периодические силы от неуравновешенности вращающихся деталей;
  • периодические силы от погрешностей зубчатых зацеплений и передач других видов;
  • периодические силы, возникающие в процессе резания;
  • периодические возмущения, передаваемые фундаменту через грунт от посторонних источников.

Влияние источников вынужденных колебаний станков наиболее опасно при значительных амплитудах воздействий, а также при малых амплитудах, но при совпадении или близости частот воздействия с частотами собственных колебаний С (явлении резонанса). Моделирование вынужденных колебаний станков фрезерной, токарной и других групп в настоящее время проводят на персональных компьютерах с помощью специальных программ.

Мероприятия по снижению интенсивности вынужденных колебаний станков по металлу делятся на три основные группы:

  • Уменьшение интенсивности воздействия источника колебаний (снижение его виброактивности). В эту группу входят умөньшение величин неуравновешенности вращающихся деталей при помощи балансировки, повышение точности изготовления передач, применение двигателей с пониженным уровнем вибраций, использование режущего инструмента с винтовыми зубьями и т.д. Сюда же можно отнести изменение режимов резания (частот вращения шпинделя) для предотвращения явления резонанса.
  • Установка между источником колебаний и объектом дополнительной защитной системы (виброизоляции). Эффект виброизоляции основан на частотных свойствах системы. В качестве примера здесь можно привести установқу станка на виброизолирующие опоры, снижающие интенсивность воздействий от посторонних источников колебаний.
  • Присоединение к объекту дополнительных устройств, изменяющих характер его колебаний. Такими устройствами являются динамические гасители, поглотители колебаний, демпферы.

Автоколебания при резании на станках по металлу

Автоколебания при резании возникают вследствие наличия определенных свойств (нелинейных характеристик) замкнутой системы станок-инструмент-деталь. Одним из объяснений физического смысла возникновения автоколебаний при резании лезвийным инструментом (точений, фрезеровании) является запаздывание изменения силы резания от изменения толщины срезаемого слоя и запаздывание изменения силы трения стружки о режущий инструмент от изменения силы резания. При определенных сочетаниях параметров станка и процесса резания происходит потеря устойчивости системы, приводящая к ее раскачке и следовательно, к некачественной обработке поверхности, а в пределе - к поломке инструмента или станка.

Устойчивость процесса резания лезвийным инструментом определяется следующими группами параметров:

  • Параметрами упругой системы металлорежущего станка: жесткостью, частотой собственных колебаний, демпфированием.
  • Геометрическими параметрами режущего инструмента: главным углом в плане, задним углом и т.д.
  • Свойствами обрабатываемого материала: коэффициентом трения стружки о резец, величинами запаздывания, коэффициента или сопротивления и усадки.
  • Технологическими параметрами процесса резания: скоростью, глубиной резания, подачей.

На базе теории разработана методика расчета, позволяющая на стадии проектирования станков построить области, устойчивости при точении одним резцом и фрезеровании для различных сочетаний указанных параметров и, таким образом, оценить возможности создаваемого станка с точки зрения производительности и ее ограничений по критерию виброустойчивости. Расчеты могут быть произведены как вручную, так и с помощью электронных систем.