Структура динамической системы станка

Резание, процессы, происходящие в подвижных соединениях станка, в электродвигателях и в гидросистемах и т.п. (рабочие процессы) вызывают деформации упругой системы (УС) станка за счет силового или теплового воздействия. Деформации упругой системы, в свою очередь, изменяют взаимное расположение деталей, образующих подвижное соединение.

Воздействие УС на рабочие процессы выражено таким образом в изменении их основных параметров: сечении среза, нормальном давлении на поверхностях трения, скорости движения и т.п. Это воздействие вызывает изменение сил, количества выделяемого тепла и т.п. таким образом, силы и другие виды воздействия рабочих процессов на УС являются функциями координат (или их производных – скоростей, ускорений) упругой системы. Эта зависимость выражает обратную связь УС на рабочие процессы.

Упрощенная схема станка показана на рис. 1.

На схеме воздействие на УС станка процессов резания, процессов трения и процессов, происходящих в электродвигателях, обозначены соответственно через Р, F, M.

Силы резания зависят главным образом от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров режущего инструмента и площади среза. Одна из первых зависимостей силы резания от площади среза и свойств материала заготовки:

P = Kba

где     К – удельная сила резания на 1 мм2 среза для конструкционной углеродистой стали К»2000 Н/мм2);

b, a – ширина и толщина среза, мм.

В свою очередь, толщина среза а зависит от относительного отжатия (смещения) инструмента и заготовки.

Процессы трения характеризуются зависимостью силы F трения от нормальной нагрузки N и коэффициента трения m. Нагрузку можно выразить через коэффициент нормальной жесткости cN и нормальную деформацию (податливость) yN, тогда получим формулу Амонтона-Кулона:

металлорежущий станок срез давление

F = mcN (yN)m

где - т – показатель степени.

Для малых контактных деформаций показатель степени m=1.

Условная схема ДС станка показана на рис. 2.

Динамические процессы, происходящие в самой УС, например, воздействие силы инерции неуравновешенных вращающихся масс, совершающих возвратно-поступательное движение; силы веса узлов и заготовок и др. рассматриваются как внешние воздействия на УС и обозначаются f(t). Эти воздействия зависят от геометрической и кинематической точности станка, его деталей и сопряжений.

Внешние воздействия на рабочие процессы выражаются в заданном изменении припуска, в заданном изменении давления смазки на направляющие, в заданном изменении электрического напряжения, питающего электродвигатель, и т.п., т.е. параметры изменения настройки рабочих процессов обозначаются у(t) с соответствующим индексом.

Перемещения УС, вызываемые всеми воздействиями, обозначаются буквами у с соответствующим индексом.

При исследовании какого-либо рабочего процесса многоконтурную ДС станка для упрощения заменяют одноконтурной, состоящей из рассматриваемого рабочего процесса и эквивалентной упругой системы (ЭУС), к которой приведены все остальные элементы системы. ............