Введение 3
1 Анализ подходов к повышению гибкости производства 6
1.1 Общие концепции совершенствования оснащения 6
1.2 Подходы совершенствования технологии обработки валов 9
2 Моделирование динамики технологической системы 23
2.1 Поперечные колебаний вала, как распределенной системы 23
2.2 Динамика вала с учетом рассеяния энергии 24
2.3 Дискретный подход к моделированию динамики вала 27
3 Теоретическое исследование динамики обработки вала 35
3.1 Обоснование системы установки в люнетах 35
3.2 Метод начальных параметров 41
4 Экспериментальное исследование колебаний вала 50
4.1 Исследование собственных частот 50
4.2 Статические исследования вала 70
5 Проектирование системы опор 72
5.1 Система выверки 72
5.2 Проектирование механизма регулирования положения опор 72
5.3 Проектирование системы управления зажимом 75
Заключение 80
Список используемых источников 82
Приложение А Сертификат по публикации 87
Современное машиностроительное производство в настоящий момент характеризуется следующими особенностями: это короткий жизненный цикл изделий, большая номенклатура выпуска изделий, непредсказуемые изменения требований потребителей. Все это приводит к тому, что основной объем производимой продукции относится к мелко или среднесерийному типу производства. Они имеют много похожих параметров. Это, например использование автоматизированных станков с числовым программным управлением. Главное преимущество этого оборудования заключается в возможности быстрой переналадки на изготовление различных изделий. Это дает возможность выпускать большую номенклатуру продукции с различными характеристиками. При этом изменения могут быть конструктивными по конфигурации деталей, маркам материалов, техническим требованиям к поверхностям деталей. Эти особенности приводят к изменениям, как в проектирование технологических процессов, так и их реализации.
Основным направлениям в совершенствовании технологических процессов является проектирование технологического оснащения, которое обеспечивает быструю переналадку на выпуск различных изделий и деталей. Такую оснастку называют перекомпонуемой. Это один из ключевых элементов гибкого производства, который обеспечивает быструю переналадку по сравнению со стандартным приспособлением или инструментом. Установка таких приспособлений на универсальном оборудовании (для любого типа обработки: токарных, сверлильных, фрезерных работ) обеспечивает их дополнительную гибкость и расширяет технологические возможности.
Основное требование потребителя машиностроительной продукции заключается в обеспечении высокого качество при меньшей себестоимости. Для обеспечения этих противоречивых требований необходимо, чтобы производственные системы и технологические системы, как часть производственных, имели возможность быстрой переналадки, были высокопроизводительными, высокоточными и надежными в эксплуатации.
Основным способом реализация технологических переходов является использованием числового программного управления, обеспечивающего перемещение относительно друг друга заготовки и инструмента с заданными кинематическими параметрами по указанной траектории движения. Соответственно, для этого необходимо обеспечить точное взаимное положение заготовки и инструмента в начальный момент установки. Для этого приспособление должно реализовать необходимую схему базирования. Точность установки, складывается из трех составляющих, таких как погрешность базирования, погрешность силы закрепления, и погрешность самого приспособления. Схема закрепления должна обеспечить надежную фиксацию заготовки при действии на нее сил резания, но при этом должна быть минимальная погрешность от сил зажима. Учитывая то, что приспособление должно иметь возможность быстрой переналадки, и поэтому будет иметь много подвижных регулируемых элементов, точность его будет снижаться, также как и общая конструктивная жесткость. За счет увеличения числа контактных стыков будет расти доля контактной деформации. Все это естественно снижает точность обработки.
Для валов актуально оснащение, которое обеспечивает их положение на станках токарного или шлифовального типа. Это касается различного вида патронов и поджимных центров.
Для валов, которые относятся к категории маложестких, то есть с отношением длины к диаметру более 10, актуально использование дополнительных опор. Опоры - люнеты, используются для уменьшения величины пролетов заготовки. Это повышает жесткость обрабатываемой детали, снижает погрешность от упругих деформаций, повышает качество поверхности и стойкость режущего инструмента.
При использовании люнетов необходимо учитывать, что использование более двух опорных элементов создает неопределенность базирования, так как их расположение на одной прямой невозможно из-за погрешностей выверки элементов технологической системы. В результате при вращении заготовки в опорах создаются вынужденные силы, определяемые частотой вращения заготовки.
Кроме указанного недостатка, увеличивается время на установку заготовки и выверку этих опор.
Главная цель представленной работы связана с обеспечением точности обработки маложесткого вала, закрепленного в системе самоцентрирующих люнетов, за счет обеспечения максимальной стабильности динамических параметров подсистемы заготовка опоры.
Для этого необходимо решить ряд задач. Первая - это смоделировать поведение длинномерной маложесткой заготовки, как распределенной системы. Второе - смоделировать поведение маложесткого вала в виде сосредоточенной двух массовой модели. Одна из нас представляет формообразующую подсистему деталь-опоры, вторая - подсистема резец- суппорт. Получить зависимость амплитуды относительных колебаний в зависимости от параметров технологической системы. Третья задача - смоделировать поведение маложесткой детали с учетом различного сочетания жестких и демпфирующих опор распределенных по длине заготовки. Провести натурные эксперименты, подтверждающие результаты теоретического моделирования.
В работе выполнен анализ существующих подходов к совершенствованию технологического оснащения. Отмечены основные принципы совершенствования оснащения, которые относятся к модульности, масштабированию, гибкости переналадки.
Рассмотрены основные подходы обеспечения высокоэффективной, точной, производительной обработки маложестких валов. Рассмотрены их преимущества и недостатки.
Отмечена перспективность использования самоцентрирующих рычажных люнетов, которые имеют широкие технологические возможности по типоразмерам закрепляемых заготовок. Также они обеспечивают гибкость в регулировании таких конструктивных параметров, как жесткость и демпфирование, что дает возможность регулировки динамических параметров подсистемы деталь-опоры в широком диапазоне для управления амплитудой относительных колебаний заготовки и инструмента.
Разработана математическая модель в виде системы уравнений в частных производных для мало жесткой заготовки, рассматриваемой как распределенная система. Приведено общее решение данных уравнений, а также отмечены вычислительные трудности для определения положения упругой оси заготовки.
Рассмотрена методика расчета колебаний оси вала в матричной форме на основе метода начальных параметров, который позволяет учитывать все конструктивные параметры заготовки и опор. Представлены переходные матрицы для различных участков, которые характеризуются жесткостью, инерционностью, упругостью и демпфированием.
На основе разработанной двух массовой модели динамики процесса обработки с учетом двух формообразующих подсистем: деталь-опоры и инструмент-суппорт выполнен анализ амплитуды относительных колебаний.
С учетом определенных экспериментально параметров технологической системы: коэффициентов жесткости, инерционности и демпфирования, произведено моделирование поведения элементов технологической системы обработки точением заготовки, установленной в опорах.
Получены зависимости амплитуды колебаний отдельно для каждой из подсистем, а также амплитуда относительных колебаний, которая определяет точность и качество обработанной поверхности.
Проанализировано влияние различных конструктивных параметров, а также технологических параметров процесса резания (коэффициента жесткости резания, изменяющейся толщины срезаемого слоя) на динамическое поведение взаимодействующих элементов.
Приведены результаты экспериментального исследования по колебаниям вала в производственных условиях. Использовались различные режимы работы опор. Определялись колебания вдоль оси заготовки в зависимости от характера работы люнетов. Исследования проводились, как для холостого хода, так и для процесса резания. Для определения собственных частот колебаний подсистемы заготовка-опоры использовался метод импульсного воздействия с записью собственных затухающих колебаний заготовки.
Выполнен анализ различных конструкций самоцентрирующих люнетов. Разработано устройство для выверки опор, чтобы обеспечить их соосность относительно друг друга и относительно технологической оси станка. Рассмотрим способ определения геометрии устанавливаемой заготовки при помощи подвижных рычагов люнетов, что расширяет технологические возможности станка по обработке.
Основные задачи, поставленные в работе, были выполнены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
