Динамическая система станка и ее основные элементы

УДК 55-2

К 58

Составители:

кандидат технических наук, доцент кафедры ТАМ Ю. И. Кувалдин

Редактор Невзоров А. В., Магзумов Р. Р., Оботнин А. В., Федяков В. Н., Куркина М.А.

Бумага «Снегурочка». Печать лазерная hp1010

Заказ № 555 Тираж 555 Бесплатно.

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного Снигерёва Н. Н., Чагаева М. В., Петухов К. А.

610000, г. Киров, ул. Московская, 36.

Оформление обложки, изготовление – VILL&ShellDer

© Вятский государственный университет,

Динамическая система станка и ее основные элементы

Показатели динамического качества составляют часть общих показателей и определяются служебным назначением станка: обеспечивать обработку деталей заданной точности с заданным качеством поверхности при высокой производительности.

Подготовка станка к работе (установка и закрепление заготовки, пуск станка, установочные перемещения его узлов и т. п.), сам процесс обработки связаны с внешними воздействиями на систему. Все эти воздействия создают в системе переходные и стационарные процессы, и выражаются в одновременном изменении напряжений, деформаций, скорости относительного движения узлов, контактных давлений на сопрягающихся поверхностях, температур, силы тока в якоре электродвигателя, давления в гидроцилиндре и т. п. Эти изменения не должны выходить за допустимые пределы, диктуемые работоспособностью системы в целом или ее элементов.

Изменение всех величин при внешних воздействиях происходят одновременно, представляя единый динамический процесс в системе. Этот процесс зависит от внешнего воздействия и свойств системы, и его анализ ведется едиными методами, независимо от того, изменения какой величины рассматриваются. Это позволяет ввести единое представление о динамическом качестве станка.

Динамическое качество станка определяется устойчивостью системы и характеристикой ее реакции на внешние воздействия.

Динамическое качество станка можно оценить как динамическое качество единой системы, включающей собственно станок, приспособление, инструмент и обрабатываемую деталь в их взаимодействии с рабочими процессами (резанием, трением, электро- и гидродинамическими и т. п.)

Динамическим процессом называется изменение параметров системы, в том числе и параметров, характеризующих рабочие процессы, под влиянием того или иного внешнего воздействия (разгон, торможение, колебания и т. п.).

Рабочим процессом называется комплекс физико-химических процессов, протекающих в данном подвижном соединении (резание, трение).

Основные показатели динамического качества станка: 1) запас и степень устойчивости; 2) отклонения параметров динамической системы при внешних воздействиях; 3) быстродействие.

1. Запас устойчивости определяет возможности изменения того или иного параметра системы без потери его устойчивости. Потеря системой устойчивости выражается в появлении вибраций или «подрывания» инструмента, в неравномерном скачкообразном перемещении узлов или их заклинивании.

2. Степень устойчивости определяет способность системы рассеивать энергию, вносимую внешним воздействием. Чем больше степень устойчивости по данной частотной составляющей, тем быстрее затухает переходный процесс, тем меньше отклонения в установившихся динамических процессах.

3. Быстродействие системы определяет быстроту завершения переходного процесса.

Динамическая система станка – это совокупность оборудования, приспособлений, инструментов, заготовок, и процессов проходящих в ходе технологического воздействия. (В старой литературе СПИД – станок, приспособление, инструмент, деталь).

УС – упругие элементы, упругая система.

ПР – процесс резания

ПТ – процесс трения

ПД – процесс в двигателях

Упругая система (УС) включает в себя станок, приспособление, инструмент, деталь (СПИД).

Рабочие процессы — резание, трение, процессы в двигателях (электромагнитные, аэро- или гидродинамические и др.). УС и рабочие процессы — резание, трение, и процессы в двигателях являются основными элементами динамической системы станка.

Воздействие рабочих процессов на УС является главным образом силовым, но может быть и другим, например, тепловым. Воздействия на УС вызывают смещения ее конструктивных элементов, т. е. изменяют взаимное положение деталей, образующих подвижное соединение (резца и заготовки, суппорта и направляющих, ротора и статора и т. п.), в котором протекает тот или иной рабочий процесс.

Воздействие УС на рабочие процессы выражается в изменении их основных параметров: сечения среза, нормального давления на поверхностях трения, скорости движения и т. п. Это воздействие вызывает изменение сил, количество выделяемого тепла и т. п. Иначе говоря, силы и другие виды воздействия рабочих процессов на УС являются функциями координат (или их производных) упругой системы, т. е. так называемыми внутренними силами и воздействиями. Эта зависимость выражает обратное воздействие УС на рабочие процессы.

Пренебрегая обратным воздействием УС на рабочие процессы, в практике часто рассматривают только воздействие рабочих процессов на УС. В этом случае воздействия, в частности, силы являются внешними по отношению к системе и могут быть постоянными или изменяться во времени.

На рис. 1.7 дана условная схема воздействия рабочих процессов на УС для этого случая. Каждому процессу и УС соответствует свой прямоугольник. Воздействия показаны в виде стрелок.

Кроме рабочих процессов на УС оказывают воздействие силы инерции неуравновешенных вращающихся деталей или узлов, совершающих возвратно-поступательное движение; силы веса узлов и заготовки, усилия закрепления деталей системы; тепловые источники и, наконец, толчки и колебания, передаваемые извне через фундамент или возникающие в самой системе из-за неточности зацепления зубчатых колес и иных погрешностей изготовления деталей или сборки станка.

Эти воздействия практически всегда могут рассматриваться как внешние воздействия на УС и обозначаются f(t).

Каждый из этих процессов характеризуется своей зависимостью параметров процессов от влияющих на него факторов.

- изменение силы резанья приводит

- приводит к относительному изменению положения

вершины инструмента относительно центров оси шпинделя

а – толщина среза

Причиной изменения в ходе работы является само изменение силы резания.

Динамическая система станка – это замкнутая многоконтурная система процессы, в которой взаимодействуют между собой через упругую систему.

Все взаимодействия в системе можно разделить на внешние и внутренние; внешние взаимодействия - не зависят от упругих деформаций в системе, внутренние взаимодействия связаны с упругими деформациями в системе. В зависимости от решаемых задач изображенная схема может быть упрощена.

Вводиться понятие ЭУС – упругая эквивалентная система:

ЭУС – это совокупность упругой системы, и процессов.

Используется: принцип замкнутости системы, принцип взаимодействия элементов системы.

Основные понятия и определения

Операция – это организованная совокупность действий.

Рабочая операция – связана с действиями, непосредственно необходимыми для изменения предмета труда.

Операция управления – обеспечивает необходимую последовательность рабочих операций, её начало и окончание в нужный момент времени. Совокупность операций управления образует процесс управления в целом.

Управление – это совокупность действий обеспечивающих проведение любого процесса, в целях достижения требуемого результата.

Регулирование – это частный случай управления, когда нужный результат, получается, через стабилизацию одного или нескольких параметров процесса.

Автоматическое управление – процесс изменения состояния какого либо объекта по заданному алгоритму без непосредственного участия человека, указанный объект называется объектом управления.

Объект управления – это техническое устройство или процесс, нуждающийся в определенным образом организованном управляющем воздействии, для получения нужного результата.

Автоматическое регулирование – процесс поддержания или изменения заданного режима с требуемой точностью без непосредственного участия человека.

Система автоматического управления – называется совокупность объекта управления и управляющего устройства, во взаимодействии которых без непосредственного участия человека в соответствии с поставленной целью получается требуемый результат.

Механизация – (от греч. mechane – орудие, машина), замена ручных средств труда машинами и механизмами; одно из главных направлений научно-технического прогресса. Различают частичную и комплексную механизацию.

Автоматизация – это применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации. Автоматизируются:

1) технологические, энергетические, транспортные и др. производственные процессы;

2) проектирование сложных агрегатов, судов, промышленных сооружений, производственных комплексов;

3) организация, планирование и управление в рамках цеха, предприятия, строительства, отрасли, войсковой части, соединения и др.;

4) научные исследования, медицинское и техническое диагностирование, учет и обработка статистических данных, программирование, инженерные расчеты и др. Цель автоматизации – повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья. Автоматизация – одно из основных направлений научно-технического прогресса.

Простейший элемент схемы отражающий характер и направление взаимодействие её составных частей называется связью.

Однонаправленность связей:

В любой системе можно выявить:

1. Основную связь, обеспечивающую основную функцию управления.

2. Дополнительные связи – обеспечивающие дополнительные функции. Они // основной.

Они бывают прямыми и обратными.

Прямая – передаёт сигнал в том же направлении что и основная связь, а обратная связь – в противоположном.

Обратные связи бывают положительными и отрицательными, жесткими и гибкими, внутренними и внешними.

ПОС ООС

Внешняя обратная связь соединяет выход системы с её входом. Системы с внешней обратной связью называется замкнутыми. Внешние обратные связи всегда отрицательны.

Внутренняя обратная связь соединяет выход отдельных частей системы с их входом, эти связи, как правило, отрицательны.

Жёсткая обратная связь – передаёт сигнал в любом режиме работы системы.

Гибкая обратная связь – передаёт сигнал только в переходном режиме.

Дата добавления: 2015-08-05