Введение 6
Глава 1. Литературный обзор 9
Глава 2. Теоретическая часть 22
2.1. Исходные данные 22
2.2. Подготовка SD-модели системы СПИД 24
2.3. Формирование конечно-элементной модели 26
2.4. Проведение расчета собственных частот станка 28
2.5. Проведение расчета возмущающих частот станка 31
Глава 3. Экспериментальная часть 33
3.1. Проведение эксперимента 34
3.2. Результаты спектрального анализа 36
3.3. Обработка результатов 68
3.4. Подбор оптимальных режимов резания 74
Заключение 76
Список использованной литературы
Процессы механической обработки деталей резанием всегда занимали главенствующее место в машиностроении. Срок службы, надежность, качество машин, механизмов и прочих устройств в значительной степени зависит от качества изготовления составляющих их деталей. Повышение технического уровня и эффективности техпроцессов невозможно без их аналитического изучения. Высокая эффективность технологических процессов достигается при максимальном использовании технологических возможностей станков. В процессе обработки заготовок на фрезерных станках при некоторых условиях нарушается устойчивость шпиндельной бабки, что вибрации системы СПИД. Вибрации ухудшают качество обрабатываемой поверхности: колебания на высоких частотах приводят к ухудшению качества обработанных поверхностей, на низких - к погрешностям формы получаемых деталей. На обработанной поверхности при этом могут появляться волны, интерференционные картины (т.н. «муар») и т.п. Это снижает стойкость инструмента, ухудшаются точностные характеристики станка, его надежность и срок службы. Подобные вибрации особенно сильны при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов: легированных сталей, титановых и жаропрочных сплавов и др. В связи с развитием подобных материалов все большую и большую роль играет улучшение виброустойчивости станков и разработка мероприятий по ее повышению, что в перспективе улучшает качество обрабатываемых поверхностей и надежность станочных систем. Вторым путем является совершенствование систем управления.
В каждом процессе механической обработки присутствуют вибрации. Физические проявления вибраций включают в себя: шум, ухудшение качества обрабатываемой поверхности, снижение стойкости используемого инструмента, ускоренный износ узлов и агрегатов станка. Важной задачей является подбор режимов резания с целью выдержать баланс между производительностью обработки, соблюдением требований к изготовлению деталей и обеспечением нормальной стойкости инструмента и узлов станка.
Только достаточно жесткий станок может обеспечивать необходимую точность и качество обрабатываемых поверхностей, и требуемую производительность обработки, поэтому одним из основных требований к станку как к объекту исследования является высокая жесткость и виброустойчивость несущей системы. Одним из методов исследования виброустойчивости является измерение вибраций, возникающих при обработке и построение их амплитудных, фазовых и частотных характеристик.
В зависимости от источника вибрации можно разделить на несколько категорий:
1) Собственные вибрации технологической системы СПИД, «Станок- Приспособление-Инструмент-Деталь», вибрации в этом случае связаны с соединениями и передачами между элементами станка.
2) Термовибрации - деформация заготовки, инструмента и стружки в зоне резания.
3) Регенеративные вибрации.
В настоящий момент развитие систем САПР позволяет исследовать различные процессы, происходящие при механической обработке. Эти исследования позволяют значительно сократить время на технологическую подготовку производства, избежать ошибок наладки и сократить брак вследствие некорректного подбора режимов обработки.
Методы виброакустической диагностики позволяют оценить вибрации в зоне резания и характеристики виброустойчивости системы
СПИД, что, в свою очередь, позволяет заблаговременно принять меры по устранению возможных слабых мест системы.
Для проведения такой диагностики в первую очередь следует создать трехмерную модель системы СПИД для обеспечения идеализированной теоретической базы. Трехмерные модели заготовок сейчас широко используются при проектировании, модели оснастки создаются в процессе технологической проработки изделия, а модели инструмента и станков, как правило, предоставляются производителем.
Далее выполняются необходимые частотные анализы собранной модели системы, а на их основе моделируется процесс резания. Современное ПО позволяет значительно автоматизировать этот процесс.
Экспериментальные замеры возможно осуществить малыми средствами, что может быть критически важно для малых предприятий.
Таким образом можно на основе сравнения эмпирических данных и эквивалентной идеальной системы выяснить характеристики ее динамической устойчивости в реальном времени.
Как правило, неустойчивость в процесс резания вносится наименее жесткими его элементами. После выявления данных элементов необходимо провести конструкторские, технологические или эксплуатационные работы по увеличению их жесткости, дабы обеспечить требуемую точность обработки и качество поверхности.
