Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Станки механосборочного производства 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [ 67 ] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

записывают их с помощью многоканального регастрнруннцш © ycrpofeTBa (осциллографа, магнитографа). Учитывают только первую гармонику. По записям входного н выходного сигналов определяют отношение их амплитуд на частоте щ и получают модуль характеристики Fe.,. с (/%)! Фазовый сдвиг ф <%) получают, сравнивая положение максимумов записей Р (t) и q (/) Для определения характеристики Wg.y.c {/ ) таким методом разработаны различные полуавтоматические и автоматические установки.

В одной из таких установок сигналы, пропорциональные амплитудам силы и перемещения (вход и выход упругой системы станка), поступают на фазочувствнтельный вольтметр, который непосредственно показывает действительную Яе [Wa.y.e и мнимую Jm [13. у.с (/u>i) составляющие характеристики, соответствующие частоте щ = 2nfi.

Минимальное время измерения для одной точки частотной характеристики определяется временем переходного процесса в исследуемой системе (пока колебания в системе не установятся). Учитывая, что для получения частотной характеристики требуется последовательно проводить измерения во многих точках, соответствующих частотам заданного диапазона, время эксперимента оказывается значительным.

Преимущество метода гармонического возбуждения состоит в том, что вся энергия сигнала концентрируется на одной частоте, поэтому отношение полезного сигнала к шуму велико (повышается точность оценки характеристики). Однако большое время снятия одной характеристики заставляет искать иные подходы к проведению эксперимента. Одним из таких подходов является применение возбуждающего воздействия, имеющего вид стационарного случайного процесса с нулевым средним. Стационарным называют случайный процесс, характеристики которого (средние значения и корреляционные функции) не зависят от момента времени. Представление о таком процессе дает одна выборочная функция, которую при конечном интервале времени Т называют реализацией (свойство эргодичности стационарных случайных процессов).

В этом случае для определения частотной характеристики линейной динамической упругой системы станка обычно используют следующие важные соотношения:

(19.7) (19.8)

где Gp (/), Gg IJ) - соответственно спектральные плотности случайных процессов Р ifj на входе и 9 (О на выходе упругой системы станка-, Gp, (/) - взаимная спектральная плотность этих же процессов.

Выражение (19.7) действительное и (юдержит только амплитудную частотную характеристику W.y. (!) \ системы; выражение (19.8) комплексное и содержит АФЧХ Ws.y,ci!) системы.

Спектральные и взаимно спектральные плотности являются важными характеристиками случайных процессов, описывающими рас-

0,(/) = 1 э.у.с(/)РСр();

Gp,(/)= lFe.y.c(f)Gp(f),


19.4. Графики спектральной плотности:

а - снвусонди; б - узкополосиогв слутайеого процесса: - широкополосного случайного процесса; г - белого шума

пределение их энергии по частотам. На рис. 19.4 приведены графики спектральной плотности некоторых функций времени.

Спектральные плотности обычно определяют с помощью ЭВМ, применяя алгоритм так называемого быстрого преобразования Фурье (БПФ) к реализациям случайных процессов на входе и выходе системы. Причем если речь идет о стационарных эргодических случайных процессах, то для оценки частотной характеристики линейной системы обычно достаточно одной пары реализаций входного и выходного сигналов. Время записи такой пары составляет несколько секунд. Естественно, продолжительность эксперимента при этом значительно сокращается по сравнению с методом гармонического воздействия.

Обычно на практике случайное воздействие выбирают таким образом, чтобы упростить получение частотной характеристики. В частности, представляется очень подходящим входным сигналом так называемый белый шум, несущий мощность на всех частотах (т. е. его спектральная плотность постоянна на всех частотах). Однако практическая реализация такого сигнала в чистом виде затруднительна. Поэтому для возбуждения упругой системы станка обычно используют различные псевдослучайные сигналы, генерируемые аппаратно или с помощью ЭВМ. Спектральная плотность таких сигналов равномерна в ограниченной полосе частот.

Частотную характе)истику станка можно сравнительно просто получить, используя апериодическое силовое воздействие на его упругую систему. Таким воздействием может быть импульсный или ступенчатый сигнал. Для создания таких сигналов на входе упругой системы станка можно использовать динамометрический молоток или специальное устройство, назьлваемое пульсатором. Роль пульсатора может выполнять, например, бесконтактный электродинамический вибратор, на обмотку возбуждения которого через цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности подают импульсный сигнал, генерированный ЭВМ.

Преимущество использования стандартных апериодических сигналов для получения частотной характеристики станка связано с более простой процедурой ее вычисления в этом случае. Применяя преобразование Фурье F к конечному входному Р ( и соответствующему ему выходному q Щ сигналам, частотную характеристику можно определить так:

Г (f) = f 1 {t)\lP \Р (0).




~Т. г

Рнс. 19.5. Спектры реальных импульсных воздействий

Учитывая, что преобразование Фурье импульса силы Р (О равно единице, получим частотную характеристику IF (/) как преобразование Фурье реакции q {() исследуемой системы на импульс (импульсной переходной функции). Следовательно, записывать и обрабатывать приходится в этом случае лишь один выходной сигнал системы, что значительно сокращает вычисления.

Достоинством импульсного возбуждения является постоянство спектра идеального импульса в бесконечно широком частотном диапазоне, что позволяет возбудить в исследуемой системе не только первую, но и высшие формы колебаний.

Реальные импульсы (удары) и скачки отличаются от идеальных импульсов и скачков тем, что происходят за конечный интервал

времени т, называемый посто-* янной времени. Это приводит

к тому, что их спектры не являются столь же благоприятными в достаточно широком диапазоне частот. На рис. 19.5 представлены спектры для некоторых реальных апериодических воздействий; при этом составляющие G if) спектральной плотности отнесены к составляющим Go (/) спектральной плотности идеального скачка или удара. Для сигнала половина синусной волны , например, несовпадение спектров не превышает 10 % при / < 0,3/т. Следовательно, действие такого сигнала с т = 1 мс на систему можно приближенно рассматривать как действие идеального импульса равной площади до частоты не выше 0,3/т = 300 Гц.

Рассматривая различные методы экспериментального определения частотных характеристик станка, следует отметить, что желательно снимать их на работающем станке. Различие характеристик, снятых на работающем и неработающем станках, объясняется влиянием подвижных соединений и проявляется главным образом не в значениях частот собственных колебаний, а в значениях амплитуд и фаз на этих частотах. Использование вибратора часто затрудняет включение движения подачи, в результате чего характеристика станка получается не такой, как при его работе. Кроме того, использование вибраторов затруднительно при исследовании тяжелых станков, где требуются значительные сигналы возбуждения.

Все это приводит к необходимости определения частотных характеристик и форм колебаний в процессе работы станка. В реальных условиях, т. е. при резании, станок находится под воздействием большого числа источников возмущений различной интенсивности с широким частотным спектром. Суммарное воздействие на упругую систему станка этих источников может быть отнесено к разряду случайных возмущений. Колебания узлов станка, вызванные этими

возмущениями, можно отнести к категории стационарных случайных процессов. Для исследования таких процессов можно использовать спектрально-корреляционные методы теории стационарных случайных процессов.

Таким образом, располагая одновременными реализациями входного и выходного сигналов достаточной интенсивности, можно определить частотную характеристику станка в процессе его нормального функционирования. Однако, используя для определения характеристики формулы (19.7) и (19.8), следует помнить о том, что они соответствуют случаю системы с одним входом и одним выходом (т. е. полному отсутствию помех).

В действительности, замкнутая динамическая система станка, помимо входа, связанного с изменением настройки yt (i) (колебания припуска, твердости заготовки и т. п.), подвержена внешним силовым воздействиям и (/) на упругую систему, т. е. имеет другие входы. Причем точки приложения и параметры внешних силовых воздействий неизвестны, и определить их в большинстве случаев невозможно. В этом случае использование формул (19.7) и (19.8) для определения оценки Wa.y.cif) дает погрешность смещения, величина которой зависит от свойств замкнутой динамической системы станка и соотношения между мощностью колебаний вспомогательного хода и мощностью колебаний сил резания. Чем меньше это соотношение, тем меньше погрешность смещения (случаи фрезерования, протягивания). При обработке, например, токарной, когда флуктуации сил резания незначительны, погрешность смещения может оказаться слишком большой, особенно на частотах интенсивных возмущений и собственных частотах системы станка.

Чтобы повысить точность определения W.y.c (/). следует либо выбрать соответствующий режим резания (ширина среза равна 0,7-0,9 от предельной по устойчивости), либо искусственно увеличить мощность колебаний сил резания (например, за счет обработки специальной детали с пазами или за счет дополнительного возбуждения системы пульсатором и т. п.).

Поскольку при определении частотных характеристик станка спектральными методами приходится решать некоторые вспомогательные задачи (исключение тренда, фильтрация реализаций и др.), целесообразно автоматизировать обработку результатов эксперимента. Такой комплекс программ, разработанный в ЭНИМСе, позволяет осуществлять ввод исходных данных, их предварительную обработку, расчет различных статистических характеристик (включая частотные) и выводить на печать результаты расчета и графики.

Рассмотренные выше методы идентификации динамических объектов, естественно, не исчерпывают разнообразных подходов к построению их математических моделей, но дают достаточное представление об этом наиболее трудоемком и ответственном этапе в решении общей задачи анализа поведения объектов методами математического моделирования. Рассмотрим далее некоторые вопросы, связанные с проведением испытаний станков.



в S. ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ

Если исследования станка (точнее, его прототипа) проводят, как правило, до начала конструирования, то нснытання завершают процесс его изготовления. В настоящее время основныии видами испытаний в (ХСР являются приемочные нспытаввя опытных образцов новых моделей станков и нриемосдаточные испытания серийно выпускаемых станков.

Первый вид испытаний предназначен для решения вопроса о целесообразности постановки на производство данной модели станка или передачи ее в эксплуатацию. Эти испытания обычно проводят в лабораторных условиях, а материалы испытаний предъявляют государственной приемочной комиссии.

Приемосдаточные испытания проводят контролеры ОТК завода в цеховых условиях с целью проверки работоспоссноств готового серийного станка и соответствия его заранее установленным техническим условиям.

В соответствии с существующими типовыми методиками испытаний металлорежущих станков каждый вид испьгтаннй включает три группы проверок; в статическом состоянии; ва холостом ходу; при работе. (Збъем и содержание проверок могут сильно различаться в зависимости от вида иснытаннн. Более полными и сложными являются проверки, которым подвергают станок в ходе приемных испытаний. В несколько упрощенном н сокращенном виде эгги же проверки составляют содержание приемосдаточных испытаний серийных станков. С порядком проведения испытаний познакомимся на примере приемных испытаннй опытных образцов станков.

Перед проведением испытаний станок устанавливают на специальном фундаменте. Клиновыми башмаками, располагаемыми так же, как при эксплуатации, станок выверяют по уровню в продольном и поперечном направлениях в соотвегствнв с требованиями ГОСТ 8-82Е. Фундаментные болты не затягивают. В зависимости от класса точности станка используют разные уровни с ценой деления 0,04 мм/м для станков классов точности Н и П; 0,02 мм/м - для станков классов точности В, А и С.

После этого приступают к проверкам станка в статическом состоянии. Вначале проверяют соответствие нормам точности, - это одна из важнейших проверок. Проектирование станков в значительной степени подчиняется критерию точности. Для того чтобы проверить точность работы станка, надо знать характер я степень влияния отдельных факторов, вызывающих погрешности обработки. Пока практически не существует таких норм точности работы ставка, которые определяли бы ее однозначно. Это объясняется большим количеством факторов, влняющих на точность работы станка. Основ-иымн из них являются следующие: геометрическая, в том числе кн-нематичесжая, точность станка, включая погрешности технологической базы заготовки; температурные деформации станка; упругие деформации станка под нагрузкой; устойчивость системы станка при

перемещениях узлов и обработке; вынужденные колебания; размерный износ инструмента.

Все эти факторы, sai исключением геометрической точности станка, являются переменными и отчасти управляемыми; влияние их на точность детали можно почти устранять, снижая или меняя режим обработки и пр., так что в конечном итоге достижимая точность будет определяться геометрической точностью станка. Последняя характеризует качество изготовления и сборки станка и, хотя не может количественно характеризовать точность детали, обработанной на этом станке, является одной из важных характеристик возможностей станка.

Точность нормируется ГОСТами Нормы точности , построенными на предположении, что геометрические погрешности данного станка являются систематическими, которые полностью переносятся на обрабатываемую деталь. Это позволяет не проводить анализ результирующей погрешности на детали в целях выявления влияния только геометрических погрешностей станка, что очень трудно, а заменить проверку детали соответствующей геометрической проверкой станка. Путем сбора на большом числе станков статистического материала о их геометрических погрешностях были составлены действующие ГОСТы на нормы точности. В них для каждого типа станков приведено определенное число инструментальных проверок геометрической точности, проводимых обычно в статическом состоянии н при перемещениях отдельных частей станка, осуществляемых вручную или на самых малых скоростях.

При проведении испытаний большое значение имеют условия, при которых проводят измерения. Проверку нужно проводить прн температуре 20 °С; колебания температуры не должны превышать ±0,5 °С для станков класса точности С, d=l С для станков классов А и В н ±2 С для менее точных станков. Станок на точность проверяют после его обкатки. Объем испытаний определяется соответствующими нормами точности, предусмотренными ГОСТом. В качестве типовых обычно указывают проверки точности геометрических форм базирующих поверхностей (прямолинейность, плоскостность, овальность, конуснтггь и т. п.), взаимного расположения этих поверхностей (параллельность, перпендикулярность, соосность), формы траектории движения исполнительных звеньев станка, взаимосвязанных движений (кинематической точности), координатных перемещений (линейных и угловых). Все проверки проводят без внешней нагрузки. В ГОСТ 22267-76 приведены схемы и способы измерения геометрической точности. Однако допускается замена указанных способов другими, обеспечивающими не меньшую точность измерений.

Другой, не менее важной и обязательной является проверка статической жесткости станка. Жесткость - один из основных критериев работоспособности станка, определяющих точность станка под нагрузкой в установившемся режиме работы.

Чтобы результаты проверки на жесткость были достаточно достоверны и объективны, несходимо при нспьп-аниях по возможности



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [ 67 ] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка