42-87

42. Оценка виброустойчивости станка при обработке детали «по чистому».

Примером резания "по чистому" является нарезание винтовой ка­навки резцом, когда режущая кромка инструмента не попадает вторич­но в одно и то же место канавки.

Динамическая система станка по связи с процессом резания ПР (третья эквивалентная схема, рис. 1.4,в) представляет собой замк­нутую систему с главными связями элементов ЭУС и ПР в виде упругой деформации станка у и силы резания Р. В качестве ЭУС можно принять только упругую систему станка и использовать для анализа частотные характеристики W_ус(iw)  и Wp(iw).

Условно разомкнув одну из главных связей замкнутой системы (рис. 1.15,а), получим разомкнутую систему (рис. 1.15,6), для ко­торой выражение передаточной функции W_paa(p) представляется произ­ведением передаточных функций УС и ПР (1.6): 

WpaaP=Wyc∙Wp(P)

Комплексную частотную характеристику разомкнутой системы, по которой с использованием критерия Найквиста можно судить об устой­чивости системы, получаем из выражения передаточной функции Wpaaiω=Wyc(iω)∙Wp(iω)

Выделив в этом выражении вещественную и мнимую составляющие

Wpaaiω=Repaaω+iImpaa(ω)

устроим ее на комплексной плоскости в пределах рабочего диапазона частот. Эту же характеристику можно получить с использованием ха­рактеристик Wy_C(iw) и Wp(iw) по правилам комплексных чисел (ампли­туды перемножаются, фазы складываются).

Для анализа системы могут понадобиться другие частотные ха­рактеристики: амплитудная А_рaa(w) или фазовая φ_paa(w), которые оп­ределяются выражениями (1.4) и (1.5).

На рис. 1.16 показаны АФЧХ упругой системы (а), процесса ре­зания (б) и разомкнутой системы станка (в). Если Wpaa(iw) не охва­тывает точку (-1; i0), как это показано сплошной линией, замкнутая система является устойчивой; если характеристика охватывает эту точку (пунктирная линия) - система неустойчива и обработка детали будет происходить с вибрациями. Чем больше отрезок Reo, отсекаемый характеристикой на отрицательной части вещественной оси, тем ниже виброустойчивость системы.

Запас виброустойчивости станка по амплитуде K_A определяется выражением.

Значение коэффициента запаса меньше единицы не имеет смысла, так как система в этом случае неустойчива и, следовательно, нера­ботоспособна. Физический смысл коэффициента запаса ' по амплитуде выражает условие: во сколько раз можно увеличить ширину срезаемого слоя материала, чтобы динамическая система станка еще сохраняла виброуотойчивость.

При необходимости можно определить запас виброустойчивости по Фазе, однако этот коэффициент имеет сравнительно узкое практичес­кое применение для рассматриваемого случая обработки детали "по чистому".

43.   Повышение жесткости мехатронного станочного оборудования с учетом:  совершенствования методов механической обработки, повышения качества проектирования, расположения узлов и геометрических характеристик сечений.

1. Метод обработки       За счёт правильного выбора метода обработки удаётся избежать высоких требований к жёсткости.

  2. Повышения качества проектирования компоновок МО

  Например, отказ от консольных компоновок в расточных и токарно-карусельных МРС существенно повышает жесткость и снижает её изменение по рабочему пространству.

3. Расположение узлов МО и выбор сечений деталей

  Выбирают таким образом, чтобы была обеспечена максимальная жесткость в направлении, влияющем на точность.

  3.1 Расположение заготовки и инструмента в пространстве очень важно: для токарного МО минимальная динамическая податливость инструмента обеспечивается при его установке под углом .

  3.2 Разность податливостей в вертикальном и горизонтальном направлениях, влияющих на некруглость обрабатываемого отверстия.

       Достижение минимального значения параметра некруглости отверстия меньше при продольном перемещении салазок и поперечно перемещающемся столе.

45 Оценка виброустойчивости станка при обработке детали «по следу».

Оценка виброустойчивости станка с учетом влияния следов обра­ботки производится так. же, как и при обработке "по чистому", по положению характеристики W_pa3 (iw) относительно точки (-1; iO). При этом возможны три случая:

1.     Система устойчива при любом значении т, т.е. при любой частоте вращения шпинделя. Б этом случае характеристика эквива­лентного элемента не выходит за пределы единичной окружности с центром в начале координат (рис. 1.18,а). Для этого должно выпол­няться условие         Аэ(ω)<1

где Aэ(w)    -  значение амплитуды частотной характеристики эквива­лентного элемента в пределах рабочего диапазона частот w.

2.     Система устойчива в некоторых диапазонах изменения частоты вращения шпинделя. В этом случае характеристика эквивалентного элемента частично лежит за пределами единичной окружности (рис. 1.18,6). Из условия  Аэ(ω)≥1

определяется диапазон частот ω1…ω2 в котором система может по­терять устойчивость. Подстановкой этих значений частот в выражения

и φэω1+τ1∙ω1=π

φэω2+τ2∙ω2=π

вычисляются значения τ1 и τ2, а затем диапазон частот вращения шпинделя, в пределах которого станок теряет виброустойчивость. Во многих случаях наблюдается несколько диапазонов частот вращения шпинделя с неустойчивой работой станка, т.е. характеристика экви­валентного элемента выходит за пределы единичной окружности неод­нократно. Методика определения этих диапазонов аналогична изложен­ной выше.

3. Система неустойчива при любом значении Т в пределах воз­можного сочетания nz. В этом случае при любой частоте вращения шпинделя характеристика эквивалентного элемента (рис. 1.18,в) ох­ватывает точку на комплексной плоскости с координатами (-1; i0). Достижение устойчивой работы станка возможно только изменением па­раметров упругой системы или процесса резания, о чем подробно из­ложено ниже.

46. Технико-экономические показатели качества МО. Теплостойкость.

Теплостойкость МО – характеризует сопротивляемость МО возникновению недопустимых температурных деформаций при действии различных источников теплоты: процесс резания, двигатели, подвижные соединения при больших скоростях относительных движений.

При постоянно действующем источнике теплоты нагрев и температурное смещение изменяется по экспоненте:

где:

 – время;       – нагрев;       – температурное смещение;

 – коэффициент, зависящий от материала и конструкции.

47. Расчет статической жесткости МКЭ.

В последнее время в широкое распространение при решении задач расчета несущих конструкций получил метод конечных элементов (МКЭ). Существенным достоинством является возможность проектировать схему несущей конструкции компоновки на основе знаний жесткостных свойств конечных элементов (стержни, плиты, сэндвич-плиты, объемные тела, управляющие элементы, элементы трения и зазоры, температура и тому подобное).

  В качестве конечного элемента при расчете 3D-несущих конструкций применяется стержневой элемент, работающий на растяжение-сжатие в осевом направлении и на скручивание и изгиб в двух взаимнопрепендикулярных плоскостях.

48.Исследование влияния параметров динамической системы станка на его виброустойчивость.

Влияние процессов резания и трения на динамическую характе­ристику системы определяется главным образом шаговым сдвигом ха­рактеристики. Наиболее эффективными мероприятиями улучшения вибро­устойчивости станка являются: изменение скорости резания, уменьше­ние усадки стружки, связанной с геометрией инструмента и смазывающе-охлаждающей технологической средой, а также сечения срезаемого слоя." Последнее обстоятельство удобно для автоматического управле­ния устойчивостью работы станка, однако приводит к снижению его производительности, что в большинстве случаев нежелательно. Для повышения плавности перемещения узлов станка следует увеличивать скорость движения, применять смазку, стабилизирующую и снижающую коэффициент трения, а также использовать материалы фрикционных пар, обеспечивающих незначительные упругие деформации поверхност­ного слоя при предварительном смещении контактирующих поверхнос­тей.

Действие статических и динамических сил, вызывающее деформацию упругой системы станка, приводит в конечном итоге к смещению инструмента относительно детали. Это может вызвать недопустимые отклонения от заданных рабочих движений, неудовлетворительное ка­чество обработанной поверхности, а также повышенный износ инстру­ментов и деталей станка. Чтобы отрицательное действие сил было незначительным, станки должны иметь высокую статическую и динами­ческую жесткость. Так как это требование у имеющихся станков в большинстве случаев не выполняется, необходимы дополнительные мероприятия, связанные с изменением параметров упругой системы, про­цесса резания или трения, влияющих на динамические характеристики станка.

Роль упругой системы целиком определяется ее динамической ха­рактеристикой. Используя амплитудно-фазовый критерий устойчивости, можно определить направления воздействия на систему. Для повышения устойчивости необходимо обеспечить уменьшение радиуса-вектора ха­рактеристики, особенно в областях отрицательных вещественных квад­рантов, а также такое расположение годографа, при котором он не пересекает отрицательную часть вещественной оси.

Влияние процессов резания и трения на динамическую характе­ристику системы определяется главным образом шаговым сдвигом ха­рактеристики. Наиболее эффективными мероприятиями улучшения виброустойчивости станка являются: изменение скорости резания, уменьше­ние усадки стружки, связанной с геометрией инструмента и смазывающе-охлаждающей технологической средой, а также сечения срезаемого слоя." Последнее обстоятельство удобно для автоматического управле­ния устойчивостью работы станка, однако приводит к снижению его производительности, что в большинстве случаев нежелательно. Для повышения плавности перемещения узлов станка следует увеличивать скорость движения, применять смазку, стабилизирующую и снижающую коэффициент трения, а также использовать материалы фрикционных пар, обеспечивающих незначительные упругие деформации поверхност­ного слоя при предварительном смещении контактирующих поверхнос­тей.

49. Технические характеристики МО. Размерные характеристики и методики их определения.

Технические характеристики – это основная часть технического задания (ТЗ) по проектированию станка. Результатом ТЗ являются основные технические характеристики:

  1. размерные;

  2. скоростные;

  3. силовые.

  1. Размерные характеристики определяются стандартами, отклонения возможны только для спец.станков.

 − высота центров:   (округление до ближайшего значения по стандарту)

 − длина направляющих:

 − длина салазок:                         

 − ширина    направляющих:   – по станку-аналогу, мощности электродвигателя.

 − рабочее пространство:       

2. Скоростные характеристики определяются расчётами.

  – обороты шпиндельного узла (ШУ), об/мин

  – подача , мм/мин

  – максимальные обороты ШУ , об/мин

  – минимальные обороты ШУ , об/мин

3. Силовые характеристики определяются соответствующими расчётами мощности резания, силы резания. Определяются условиями обработки, материалами и размерами детали.

         - мощность:

, где Pрез- мощность резания, η – КПД, Kп - коэффициент перегрузки

   Определение рабочего пространства и рабочего поля станка

     Рабочим пространством называется область, в которой может находиться обрабатываемая деталь (габариты МО).

    Рабочее поле – это часть рабочего пространства, в которой инструмент и деталь могут взаимодействовать (область силовых нагрузок).

    Рабочее пространство спец.станков определяется габаритами обрабатываемых деталей, а для универсального оборудования задаётся основная размерная характеристика.

 Основные размерные ТХ для основных групп станков

Сверлильные станки

  Исходные данные: , 

   для стали 45,  МПа.

   принимают за  условный диаметр сверления   с округлением в большую сторону.

  Размеры поверхности стола ( ) и вылет шпиндельного узла определяются стандартами.

  Ход шпиндельного узла для станков с ЧПУ обычно равен ширине стола.

Фрезерные станки

  Ширина стола  определяется по габаритам обрабатываемой детали и с учётом ширины приспособления. Обычно ширина стола принимается равной двум размерам детали.

  Длина стола :

  Размерный ряд:  мм.

  Высота рабочего пространства :

  Рабочее пространство:

Токарные станки

  Высота центров , мм.

  Размерный ряд:  мм.

Расточные станки

  Диаметр шпинделя , мм.

51. Испытания и исследование станков. Виды испытаний

По существующим техническим условиям приемо-сдаточные испытания можно разделить на следующие этапы, выполняемые в изложенной ниже последовательности:

1)  установка и выверка станка;

2)  предварительное опробование;

3)  испытания на холостом ходу;

4)  испытания под нагрузкой;

5)  проверка станка на точность;

6)  испытание станка на жесткость;

7)  испытание станка на виброустойчивость.

 Для станков с ЧПУ предусмотрены дополнительные испытания, выполняемые с целью оценки точности обработки деталей, позиционирования рабочих органов и получения информации о безотказности их работы по заданной программе.

При проведении испытаний большое значение имеют условия, при которых проводят измерения. Кроме санитарных норм, предусмотренных для цехов и лабораторий, проверка производится при температуре окружающего воздуха 20С; колебания температуры не должны превышать: для станков классов точности Н и П - 2С; для станков классов точности В и А - 1C; класса С - 0,5С.

52. Технико-экономические показатели качества МО (динамическая точность).

Точность МО – выступает, как целевая функция, и ей подчинены практически все эксплутационные показатели.

  Например, долговечность зубчатых колёс возрастает с повышением их кинематической точности. Разрешение оптической аппаратуры контроля зависит от погрешности геометрии зеркал.

   Начиная с 40х годов XX века, каждые 20 лет точность оборудования повышалась на порядок

Источники погрешностей

Динамические
Вынужденные кол-я	Параметрические колебания	Автоколебания

Вопросы 14-1, 18-1 и 19-1 есть суть одного и того же. Так что пишите по максимуму.

Еще можно рассказать про погрешности формообразования из вопроса 19-1

53. Статические граничные условия в конечной элементной модели при анализе напряженно-деформированного состояния компоновок МО.

  Граничные условия – совокупность кинематических и силовых факторов непосредственно на границе тела и ее составляющих (грани, кромки, вершины).

В методе конечных элементов (МКЭ) применяются 2 вида граничных условий:

  • кинематические;

  • статические.

· Кинематические граничные условия требуется задавать на границах или в объеме тела перемещения (угол поворота). Кинематические ограничения носят характер ограничения подвижности, а также определение условий контактирования поверхностей.

· Статические граничные условия определяют приложение внешних нагружений.

Статические граничные условия

Тип ГУ	Объект приложения	Справочная информация	Вводимые величины
1. Нормально распределенная равномерная сила	грани	нет	Величина силы, которая приложена к выбранной грани
Применяется для моделирования давления и внешнего воздействия на деталь
2. нормально распределенная сила переменной величины	грани	Да (система координат)	Величины силы прикладывается к граням, коэффициент переменности нагрузки определяется как исходные данные на форме ввода
3. крутящий момент	грани	Да (ось)	Величина крутящего момента с учетом знака
4. дистанционная нагрузка	грани, точки	Да	Величина нагрузки с учетом знака
Применяется в тех случаях, когда необходимо смоделировать работу узла удаленного конечно-элементной модели

54.                    Проверка станка в статическом состоянии.

Проверяются усилия на маховичках и рукоятках для ручного перемещения, работа всех органов управления, легкость нахождения нужного положения органа управления (рукоятки или барабана) при его переключении, производятся все возможные переключения с одной скорости на другую. При этом в качестве оснастки используются специальные приборы и оснастка: динамометры сжатия и растяжения, динамометрические ключи и т.п.

Производится испытание электрооборудования станка: а) повышенным напряжением для проверки изоляции проводов и двигателей в течение 1 мин. в соответствии с требованиями к  применяемому  классу  электрооборудования; б) измеряется сопротивление изоляции всех цепей относительно корпуса станка, а также между отдельными фазами силовых цепей; в) проверяется нагрев электрооборудования при работе станка.

56. Кинематические граничные условия конечной элементной модели при анализе напряженно-деформированного состояния компоновок МО.

Граничные условия – совокупность кинематических и силовых факторов непосредственно на границе тела и ее составляющих (грани, кромки, вершины).

В методе конечных элементов (МКЭ) применяются 2 вида граничных условий:

  • кинематические;

  • статические.

· Кинематические ГУ требуется задавать на границах или в объеме тела перемещения (угол поворота). Кинематические ограничения носят характер ограничения подвижности, а также определение условий контактирования поверхностей.

· Статические ГУ определяют приложение внешних нагружений.

Все граничные условия  в МКЭ имеют векторный характер.

Кинематические граничные условия

Тип ГУ	Объект приложения	Справочная геометрия	Вводимые величины
1. Фиксация	Вершины, кромки, грани	нет	нет
Фиксация перемещений и углов поворота всех точек объекта
2. Неподвижный	Вершины, кромки, грани	нет	нет
Эквивалентен типу «фиксация» за исключением того, что углы поворота обечаек не ограничиваются
3. Относительно справочной геометрии плоскости или системы координат	Вершины, кромки, грани	Локальная система координат, плоскости	Величины перемещений и углов поворота в направлениях определенной системой координат или справочной плоскостью
4. На плоские грани	Плоскости, грани	нет	Величины перемещений и углов поворота относительно направления связи с плоскостью граней и перпендикулярно грани
Описание условий скольжения (моделирование воздействий абсолютно жесткого тела на грани)
5. На цилиндрические грани	Цилиндрические грани	нет	Величины перемещений и углов поворота в направлении связи с цилиндрической гранью
6. Сферическая грань	Сферическая грань	нет	Величины перемещений и углов поворота в направлении связи со сферической гранью
Детали в сферическом шарнире

57.                    Проверка станка на холостом ходу.

а) проверяют все частоты вращения шпинделя от минимальных до максимальных.

б) проверяют правильность функционирования электрооборудования:

в) проверяют подачи от минимальных до максимальных и работоспособность всех механизмов (патрона, пиноли, механизмов быстрого перемещения, механизмов ограничения усилия подачи и др.);

г) проверяют правильность функционирования системы смазки:

д) проверка правильности функционирования системы охлаждения, конструктивного и монтажного исполнения и расположения системы охлаждения:

*                   е) испытание органов ручного управления. Контролируется расположение рукояток, правильность, ясность изображения и удобочитаемость таблиц и шкал; проверяется удобство формы рукояток, маховичков; проверяется надежность работы органов ручного управления;

ж) определяется время разгона и торможения шпинделя (для токарных станков вместе с трехкулачковым патроном) на максимальной частоте вращения (проводится только при испытании опытных образцов);

з) испытание механизма главного привода на режимах частых пусков, остановов и реверсирования на максимальной частоте вращения шпинделя (для токарных станков с высотой центров 125 - 160 мм длительность одного цикла - 10с);

и) измерение мощности холостого хода (определение потерь на трение).

к) испытания на шум. л) испытание на вибрации при холостом ходе станка.

м) измерение температурных деформаций станка.

59. Повышение жесткости мехатронного станочного оборудования с учетом: уменьшения числа звеньев; точности прилегающих поверхностей; применения статически неопределимых систем.

1. Уменьшение числа звеньев

2. Точность сопрягаемых поверхностей

    Например, несовпадение угла конуса посадочного отверстия шпинделя и оправки ( ) увеличивает податливость соединения в 10-15 раз.

3. Статически неопределимые системы

    Применение статически неопределимых систем при относительно низких жесткостных характеристиках деталей МО позволяет повысить жесткость конструкции в целом.

    Например, жесткость и виброустойчивость шпиндельного узла повышается почти в 1,5 раза за счёт установки дополнительных опор. Аналогично, жесткость винтовой передачи повышается, если предусмотреть 2 осевые опоры, установленные на её концах.

     Жесткость несущей конструкции с большими пролётами повышается вводом дополнительных колонн, стоек и тому подобное.

60. Определение уровня колебаний станка на холостом ходу.

л) испытание на вибрации при холостом ходе станка. Определяются уровни и частотный спектр вынужденных колебаний шпинделя относительно суппорта или стола при работе станка на холостом ходу, которые нормированы по частотным диапазонам. Датчик для измерения относительных перемещений закрепляют (в горизонтальной плоскости) в резцедержателе или на столе станка. В шпинделе закрепляют образцовую оправку с радиальным биением оправки на более 3 мкм. Датчик устанавливают таким образом, чтобы он касался оправки на определенном расстоянии от торца шпинделя (определено стандартом в зависимости от типоразмера станка). Сигнал от датчика через усилитель подается на вход анализатора, при помощи которого определяются величины двойных амплитуд («размах» колебаний) частотных составляющих спектра относительных колебаний оправки и резцедержателя в диапазоне частот до 1 кГц;

61. Структурный код компоновки МО.

Автором структурного кода компоновки МО является М.Ю.Лехмус. Структурный код содержит 7 цифр для каждого блока компоновки. Компоновка также описывается по ветвям от исполнительного звена и заканчивается на стационарном блоке. Система координат правая прямоугольная, начало в любой точке.

А1-тип перемещений элемента (блока)

1 – прямолинейный,   2 - вращательный

А2, А3 - для поступательного движения

 - ось движения и ось нормали к стыку

 - обозначение плоскости, параллельной движению (если стык имеет наклон к осям координат)

Для вращательного движения

 - ось вращения (в 2 позициях)

А4=0 при отсутствии наклона в стыке или оси вращения

А4=1 (2 или 3) при допустимости поворота нормали к плоскости стыка (или оси вращения) 1-х, 2-у, 3-z

А5 - тип подвижного стыка

А6 - направление перехода через стык при движении от начала к концу ветви компоновки

А6=1, если совпадает с положительным направлением

А6=2 - в противоположном направление

А7 - форма блока компоновки

А7=1 – призма А7=2 – цилиндр Стационарный элемент компоновки: 0000000

1. 1130121_0000000 2. 1120111_0000000 3. 1121121_0000000

Т.о. структурный код позволяет однозначно описать компоновки МО. Код компоновки используется как математический инструмент исследования, отбора и преобразования компоновок. Код компоновки соответствует записи алгебры логики, поэтому можно применять алгебраические законы (коммутационный например: для осуществления формообразования одной и той же поверхности на МО при различных соединениях подвижных блоков). Количество теоретически возможных вариантов базовой компоновки зависит от количества n-возможных вариантов подвижных блоков, из которых она может состоять.

Если в баз компоновке используется m-подвижных блоков, то количество компоновок NT может быть рассчитано:

 

Практическое кол-во вариантов базовой компоновки окажется меньше NT, т.к. имеются ограничения на структурный и параметрический синтез.  13120011

13 11 12 00	13 11 00 12	13 11 12 00	13 11 12 00
13 12 11 00	13 12 00 11	13 11 12 00	13 11 12 00
12 13 11 00	13 11 12 00	13 11 12 00	13 11 12 00
11 13 12 00	13 11 12 00	13 11 12 00	13 11 12 00
11 12 13 00	13 11 12 00	13 11 12 00	13 11 12 00
12 11 13 00	13 11 12 00	13 11 12 00	13 11 12 00

62.ТЭП – переналаживаемость, повторяемость и адаптивность.

К технико-экономическим показателям МО относятся:

1) Эффективность; 2) Производительность; 3) Гибкость; 4) Универсальность; 5) Переналаживаемость; 6) Повторяемость; 7) Адаптивность; 8) Надежность; 9) Точность; 10) Жесткость; 11) Теплостойкость; 12) Точность позиционирования.

Рассмотрим подробнее Переналаживаемость, повторяемость и адаптивность.

Переналаживаемость МО определяется потерями времени и средств на переналадку оборудования при переходе от одной партии заготовок к другой. Средний размер партии: H=N/P, N – годовой выпуск продукции, P=h ~ N, где h – кол-во деталей заданной номенклатуры.

Повторяемость – способность МО повторять ранее выполненные работы после завершения текущей работы.

Адаптивность – способность к восприятию измененных условий производства.

64. Повышение жесткости мехатронного станочного оборудования с учетом: замены напряжений изгиба и кручения на напряжения растяжения (сжатия); применения рациональных силовых схем;  создания компактных механизмов (привести примеры).

1. Замена напряжений изгиба и кручения в деталях на напряжения растяжения-сжатия

1 – балка 2 - винт

2. Применение рациональных силовых схем

Один из главных неисчерпаемых источников повышения жесткости.

3. Создание компактных механизмов

Способствует повышению жесткости.

65.Построение расчетных схем компоновок

мехатронного оборудования. Мизес

Назначение критериев прочности их использование и интепретация результатов расчётов НДС – неотъемлемые компоненты расчётов инженера.

МКЭ - это метод 3х мерного расчёта, поэтому простые критерии основаны на сравнении отдельных компонентов тензоров напряжений/деформаций имеют огранич-ое применение. В МКЭ оценка прочности конструкций осуществляется с помощью 4х критериев прочности:

1)Максимальных эквивалентных напряжений по Мизесу

2)Максимально касательных напряжений

3)Мора – Кулона

4)Максимально нормальных напряжений

При оценке запаса прочности все перечисленные критерии определяет момент начала разрушений как достижение предельного состояния в некотором локальном объёме.

1)Критерий Мизеса

Данный критерий называют критерий энергии формоизменения и определяют момент исчерпания, несущей способности конструкции сравнением величины эквивалентного напряжения с пределом текучести материала.

Эквивалентное напряжение по Мизесу:

,

где  - главные напряжения- это нормальные напряжения, действующие в плоскости нулевых касательных напряжений.

Критерий Мизеса применим для материалов, имеющих вязкий характер. Коэффициент запаса вычитается как отношение величины прочности к мах  в рассматриваемом материале детали эквивалентного напряжения Мизеса

для инженерного анализа можно использовать безразмерные напряжения: = 1/коэф. запаса

66. Энергетические испытания станков.

Измерение температурных деформаций станка. Определяются изменения расположения оси шпинделя относительно суппорта или стола в результате разогрева станка после вращения шпинделя на холостом ходу, при этом температура поверхности шпиндельной бабки в области переднего и заднего подшипников шпинделя не должна превышать заранее установленных допустимых значений. Для замера температурных деформаций на шпинделе устанавливается быстросъемная державка с двумя индикаторами (в осевом и радиальном направлении). На суппорте или столе станка соосно со шпинделем закрепляется короткая цилиндрическая оправка (диск) с точно доведенным плоским торцом и цилиндрической поверхностью. Индикаторы обкатываются вокруг оправки и показывают отклонения. Измерения проводятся при стабилизации температурного режима (примерно через 30 минут после включения), который характеризуется тем, что на протяжении 15 минут изменение относительного расположения поверхностей не превышает: для станков нормальной и повышенной точности - 10%, для станков высокой и особо высокой точности - 5% достигнутого смещения. Определив отклонения в двух диаметрально противоположных точках диска на холодном (  и ) и нагретом до установившейся температуры (  и ) станке, можно найти линейное  и угловое  температурные смещения оси шпинделя в плоскостях XOZ и YOZ:

где  - отклонения, мкм;  - диаметр контрольного диска, мм.

68. Критерий максимальных нормальных напряжений

Назначение критериев прочности их использование и интепретация результатов расчётов НДС – неотъемлемые компоненты расчётов инженера.

МКЭ - это метод 3х мерного расчёта, поэтому простые критерии основаны на сравнении отдельных компонентов тензоров напряжений/деформаций имеют огранич-ое применение. В МКЭ оценка прочности конструкций осуществляется с помощью 4х критериев прочности:

1)Максимальных эквивалентных напряжений по Мизесу

2)Максимально касательных напряжений

3)Мора – Кулона

4)Максимально нормальных напряжений

При оценке запаса прочности все перечисленные критерии определяет момент начала разрушений как достижение предельного состояния в некотором локальном объёме.

Данный критерий используется при моделировании материалов имеющих трещены и одинаково сопротивление растяжению и сжатию. Надо использовать очень осторожно во избежании получения противоречительных результатов.

69. Особенности испытаний и исследований  станков с ЧПУ.

Испытания проводятся с целью оценки точности станков, оснащенных системами ЧПУ, и получения информации о безотказности их работы по заданной программе. Оценивается точность позиционирования и зона нечувствительности, рассеяние положения инструмента при его многократной автоматической смене, точность и шероховатость обработки контрольного образца, безотказность станка и системы ЧПУ.

Оценка точности позиционирования и зоны нечувствительности станков с позиционными и контурными системами ЧПУ производится как для серийных, так и для опытных образцов. Точность позиционирования определяется статистическими показателями, которые находят по результатам измерений, выполняемых в контрольных точках отдельно для каждой программируемой оси координат и отдельно для положительного и отрицательного направлений движения. Номенклатура основных показателей точности позиционирования, подлежащих контролю и нормированию, принимается в соответствии с международными стандартами.

Дополнительно осуществляют ряд вспомогательных оценок с целью выявления путей улучшения перечисленных показателей.

Зона нечувствительности для станков с позиционной системой управления определяется средним значением разности отклонений фактических положений узла при подходе к точкам позиционирования с противоположных сторон. Станки с системами ЧПУ с односторонним подходом к заданной точке этой проверке не подвергаются, Для станков с контурной системой управления зона нечувствительности представляет собой среднее перемещение , которое не отрабатывается при изменении направления перемещения узла при отработке единичных импульсов.

Рассеяние положения инструмента при его многократной автоматической смене характеризуется среднеквадратическим отклонением фактических положений контрольной оправки, имитирующей инструмент, от положения, принятого за начальное. Измерение проводится в двух направлениях - радиальном и осевом и повторяется 5 раз для серийных станков и 10 раз - для опытных образцов.

Точность и шероховатость обработки поверхностей контрольного образца характеризуется отклонениями фактических размеров и формы профиля образца от заданных на чертеже. Образец обрабатывается в два прохода - черновой и чистовой. Режимы резания на чистовом проходе подбирают таким образом, чтобы обеспечить наивысшую точность обработки.

Для станков с контурными системами ЧПУ предусмотрена проверка отработки прямолинейной и круговой траектории перемещения рабочего органа станка. Проверку прямолинейной траектории выполняют для трех углов: ; ; . В качестве базовой плоскости используют рабочую поверхность синусной линейки, закрепленной на станке. Погрешность определяется среднеарифметическим значением по нескольким замерам фактических отклонений траектории движения. При обработке круговых контуров измеряются отклонения от круглости поверхности, погрешность определяется среднеарифметическим значением полученных отклонений. Оценивается шероховатость обработанной поверхности и сравнивается с эталонными образцами.

Испытанию на безотказность подвергают все выпускаемые станки с ЧПУ в процессе приемо-сдаточных испытаний и при испытании опытных образцов. Они проводятся на холостом ходу по управляющей тест-программе и в работе. Тест-программа содержит контрольные точки, координаты которых при испытаниях могут быть проверены с помощью внешних измерительных устройств. Длительность одного цикла работы станка по управляющей тест-программе составляет от 3 до 30 минут.

Суммарная продолжительность работы станка по управляющей программе на холостом ходу (наработка) при приемо-сдаточных испытаниях серийных станков составляет на менее 8 часов, наработка при испытаниях опытных образцов - не менее 48 часов. Отказы, в том числе и сбои, во время испытаний на холостом ходу не допускаются.

Испытания на безотказность при обработке проводят после испытаний на холостом ходу по специальной программе в течении 2-х часов для серийных станков и 4-х часов для опытных образцовОтказы при работе не допускаются, а обработанная деталь должна соответствовать требованиям чертежа.

70. Расчет геометрической точности МСО

Геометрическая точность компоновки зависит от влияния веса подвижных элементов компоновки и от геометрической точности изготовления направляющих.

Вес подвижных элементов компоновки влияет в том случае, когда перемещение элемента приводит к его перекосу, например, если длина направляющих подвижной части стола больше длины направляющих ответной неподвижной части.

Геометрическая точность изготовления направляющих (непрямолинейность) также приводит к перекосу подвижного элемента компоновки и даже при высокой точности изготовления с учетом плеча расположения расчетной точки рабочего поля может привести к существенной погрешности взаимного положения заготовки и инструмента.

Геометрическую точность определили по формулам:

                                   

Где  ∆ = 0,02 мм/м – погрешность изготовления направляющих станков класса точности Н. Задаем с учетом длины направляющих.

Суммарную геометрическую погрешность определили по формуле:       ;                           

72. Упруго-силовые устройства

 Упругосиловой привод использует для перемещения подвиж­ного узла деформацию упругого звена, которая создается силовым воздействием (рис. 208, а, б). При достаточно большой жесткости упругое звено имеет ограниченную общую деформацию, н, следо­вательно, диапазон перемещения подвижного узла также неболь­шой.

Упругое звено обычно имеет постоянную жесткость и линей­ную характеристику, однако в некоторых случаях оправдано при­менение упругих звеньев с нелинейной характеристикой. В при­воде поперечной подачи шлифовальных станков (рис. 208, б) пере­мещение с постепенно уменьшающейся скоростью целесообразно для обеспечения высокого качества поверхности детали.

Упругое звено может быть использовано также в виде опоры поворота, работающей без внешнего трения. Соответствующим под­бором геометрических параметров упругого звена можно обеспе­чить его высокую податливость лишь в одном, требуемом направ­лении при достаточно большой жесткости в других направлениях. На рис. 209 приведены конструкции привода мнкроперемещений шлифовальных станков.

В приводе, показанном на рис. 209, а применен упругий шар­нир, состоящий из двух упругих пластин, расположенных кресто­образно. Передаточное отношение механизма

где R, с, a, d — геометрические параметры.

В приводе, показанном на рис. 209 б, применен пружинный параллелограмм, позволяющий свести к минимуму внешнее трение и обеспечить высокую чувствительность привода подач. Обе при­веденные конструкции позволили осуществить перемещения на 0.1 мкм при поле рассеяния в пределах 10%.

Упругие звенья чаще всего выполняют из пружинных сталей, но возможно применение и других материалов. Для осуществления, например, больших перемещений перспективно использование резиновых и резинометаллическнх материалов, имеющих упругие свойства, весьма различные при нормальном и касательном нагружениях.

73. Этапы проектирования МСС. Рабочий проект

Рабочий проект является завершающим этапом проектирования. На основе технического проекта разрабатываются все рабочие чертежи детали МО с простановкой размеров и техн.условий на изготовление. Также разрабатывается ведомость покупных изделий. В ведомость включ. как покупные изделия, а также изделия получ.по межцеховые кооперации, например, лебедка, редуктор волновой и др.

Распределение технич.проекта на вышеуказанные последовательные этапы в ряде случаев бывают условными поскольку походу  проектирования целесообразно пересмотреть и уточнить ранее принятые решения. Например, изменения в компановке МО приводят к изменениям в кинематической схеме, появление новых шпиндельных опор, новых комплектн.приводов на основе циклоидной передачи приводит к изменениям при оформлении конструкторской документации.

74.  Критеий Мора-Кулона.

Назначение критериев прочности их использование и интепретация результатов расчётов НДС – неотъемлемые компоненты расчётов инженера.

МКЭ - это метод 3х мерного расчёта, поэтому простые критерии основаны на сравнении отдельных компонентов тензоров напряжений/деформаций имеют огранич-ое применение. В МКЭ оценка прочности конструкций осуществляется с помощью 4х критериев прочности:

1)Максимальных эквивалентных напряжений по Мизесу

2)Максимально касательных напряжений

3)Мора – Кулона

4)Максимально нормальных напряжений

При оценке запаса прочности все перечисленные критерии определяет момент начала разрушений как достижение предельного состояния в некотором локальном объёме.

Данный критерий является критерием внутреннего трения и испльзуется для хрупких материалов по разным сопротивлениям растяжения.

Поскольку хрупкие материалы не имеют на кривой деформация выраженного участка текучести , то в МКЭ величина предела текучести не учитывается в расчётах по данному критерию.

75. Устройство перемещений с растормаживанием

 Привод с растормаживаннем основан на том, что под действием системы управления вспомогательное устройство в течение опре­деленного времени пропускает движение от основного электри­ческого, гидравлического или механического двигателя (рис. 210). Дискретное управление растормаживаннем от шаговых двигателей дает возможность применять подобные приводы в станках с про­граммным управлением. Тормозящие устройства нередко называют механическими усилителями мощности, имея в виду, что управ­лять приходится мощностью двигателя во много раз мень

меньшей, чем мощность основного двигателя.

Коэффициент усиления мощности для привода, изображенного на рис. 210, а, записывается в виде  где      коэффициент загрузки; N, Nд -  соответственно полезная и полная мощность двигателя; а - угол подъема чер­вяка; р - угол трения в передаче.

С увеличением полезно расходуемой мощности коэффициент загрузки растет, а вместе с тем растет и коэффициент усиления мощности. С этой же целью параметры червячной передачи целе­сообразно подбирать таким образом, чтобы режим был близок к границе самоторможения, когда значение, а приближается к величине р. В качестве самотормозящих устройств применяют клиновые механизмы, винтовые и червячные пары, упругие звенья в виде стальных лент, самотормозящие планетарные и волновые передачи, а также обгонные муфты (рис. 210. б).

Периодическое растормаживание позволяет расширить воз­можности упругосилового привода и использовать его для переме­щения на значительную величину хода. На рис. 210, в приведена конструкция, известная как привод с перехватами. Принцип действия заключается в том, что при импульсном увеличении давления, подаваемого в левую полость, происходит последова­тельное включение зажимов и перемещение штока, а вместе с ним 246 и подвижного узла на малую вели­чину в направлении, указанном стрелкой. Если подводить импульс давления в правую полость, то на­правление движения узла соответственно изменится на противопо­ложное. Главный недостаток механизмов с перехватами связан с трением в зажимах, которое всегда имеет дисперсию и вносит погрешности в отработку заданных перемещений.

76. Этапы проектирования. Технический проект

ТПр включ.окончательную констр.проработку всех схем. Его общие виды (ВО), все сборочные единицы МО (СБ) с указ-м технич.условий на изготовление и сборку, все сбор.чертежи должны иметь спецификацию. Этот этап обычно сдвинут по времени после утверждения эскизного проекта и подразумевает создание и согласование с заказчиком макетного  образца. Согласование как правило ведется специальной комиссией заказчика с включением в её состав представителей Генерального конструктора и представителей организаций-соразработчиков.

Одним из достоинств рассмотрения технического проекта является наличие полноразмерного макета (пилотного) образца и его составных частей, что даёт возможность обстоятельно рассмотреть многие компоновочные и конструктивно-схемные решения и дать по ним достаточно уверенную оценку функциональной реализуемости.

Обычно, технический проект правится и согласовывается с заказчиком на протяжении всего этапа жизненного цикла проекта.

78. Магнитострикционные устройства

Магнитострикционный привод использует свойство тел из ферромагнитных материалов изменять линейные размеры при намагничивании. Принципиальная схема магнитострикционного привода показана на рис. 211. В магнитное поле, создаваемое катушкой, помещен жесткий стержень. Одни конец стержня жестко связан с неподвижной базовой деталью, а второй конец стержня закреплен в подвижном узле станка. С увеличением напряженности поля размеры стержня изменяются, что и приводит к перемещению подвижного узла.

Главным достоин­ством магнитострикционного привода наряду с высокой его жест­костью является удобство управления прямым электрическим сигналом, а недостатком - зависимость магнитострикционного удлинения от температуры и напряжения под действием внешней нагрузки. Кроме того, создание магнитного поля изменяет меха­нические характеристики, в частности модуль упругости мате­риала, что также необходимо учитывать при высокой точности малых перемещений. Для обеспечения незначительного влияния температурных деформаций плотность тока в катушках должна быть меньше 0,5-1 А/мм². Магнитострикционный привод для значительных по величине перемещений можно осуществить с перехватами, работающими в последовательном цикле (рис. 212), За каждый цикл реализуется малое перемещение стержня на величину     где l - длина рабочего участка стержня; л - относительное магнитострикционное удлинение.

Быстродействие магнитострикционного привода при сплошном стержне оказывается довольно низким (0,5-0,7 с), поэтому при­меняют шихтованные магнитострикторы из набора пластин или выполняют их в виде витой ленточной трубки. Анализ амплитудно-частотных характеристик магнитострикционного привода свиде­тельствует о том, что его можно рассматривать как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией  причем постоянная времени Т и коэффициент усиления k связаны с основными параметрами привода зависимостями:

  где d - толщина магнитострнктора в плоскости, нормальной к оси поля;  - магнитная постоянная; — относительная магнитная проницаемость; р -удельное сопротивление; w — число витков катушки; X - магнитострикционная восприим­чивость материала.

80.    Определение жесткости неподвижных соединений (стыков) в ком-поновках мехатронного станочного оборудования.

Жесткость характеризует свойство противостояния появления упругих перемещений, под действием постоянных или медленно меняющихся во времени силовых воздействий.

Линейная жесткость

Угловая жесткость

F – величина линейной силы (нагрузки)

М – величина момента

∆ - перемещения

φ – угловое перемещение.

современного МО включает в себя понятие жесткости базовых деталей и подвижных и неподвижных соединений. Жесткость базовых деталей подчиняется закону Гука и зависит от геометрии конструкции, механических свойств материала, моментов инерции на изгиб и кручение, площади сечения.

Графики жесткости.

А) жесткость несущей системы

1 – упругие перемещения реж-го инструмента относительно заготовки.

2 – упругие перемещения переднего конца ШУ

3 – упругие перемещения станины и стола.

Б) Жесткость стыков.

1-   у переднего центра

2-   В середине рабочего пространства

3-   У заднего центра.

Рассмотрим жесткость элементов стыков. Схемы анализа жесткости элементов стыков.

а) величина деформации

Жесткость конструкции

в) В контактных элементах (направление тела качения и т.п.) связь между деформациями и силами выражается степенной зависимостью.

 , d – диаметр шара

Стык: шар-плоскость

г)

к – коэф. контактной податливости, зависящий от метода обработки и качества контактируемых пов-тей.

р – среднее удельное давление

m – показатель степени.

С увеличением удельных давлений деформация снижается, поэтому для повышения жесткости опред-ют предварительную затяжку стыков с усилием превышающих рабочую нагрузку и создающим удельное давление Р₀.

д(I) это модель работы затянутого стыка в котором работают все его элементы (фланец, стык и винт).

II,III – не затянутый стык.

Для подвижных стыков (e) деформация определяется:

к_н – коэф контактной податливости.

При определении слабых мест конструкции необходимо знать какую долю податливости вносит каждый элемент конструкции. Для этого рассчитываются балансы МО.

81. Тепловые устройства перемещений

Тепловой привод (рис. 214) основан на том. что удлинение стержня и соответствующее перемещение узла происходят при непосредственном нагреве стержня. В исходное положение узел возвращается при охлаждении стержня жидкостью, пропускаемой через его внутреннюю полость. Концы стержня для устранения вредного влиянии возможных перекосов часто снабжают шарни­рами для самоустановки. Это обеспечивает работу стержня при его температурной деформации только на растяжение или сжатие.

Основной недостаток теплового при­вода связан с тем, что он является источ­ником тепла, которое может вызвать вредные температурные деформации в со­пряженных деталях  и узлах. Поэтому даже при условии надежной тепловой изоляции температуру нагрева рабочего стержня следует ограничивать в пределах 80-100 градусов.

При этом температурное удлинение, которое определяют по известной формуле

, где -коэф. Линейного расширения, l-длина нагреваемого участка стержня, дельта t – приращение температуры, дает для стального стержня( =10^-51/С) длиной 100 мм. удлинение в 1 мкм при нагреве на 1 градус.

«-» - большая инерция.

При включении нагревательного устройства проходит 0,2—1,8 с, прежде чем начнется движение, а для сокраще­ния стержня на длину 0,1—0,6 мм требуется интенсивное охлаж­дение в течение 2—4 с. Эти обстоятельства ограничивают возмож­ную область использования теплового привода теми случаями, когда требуется тонкое, но редко осуществляемое во времени движение исполнительного механизма. Тепловой привод приме­няют в качестве регулируемого упора в шлифовальных и некото­рых других станках, а также в системах автоматической компенса­ции температурных погрешностей.

82. Техническое предложение

ТП является первым этапом проектирования МО. На базе исходных данных предпроектной подготовки в ТП обеспечивается и уточняется технич. характеристики: диапазон скоростей и перемещение привода подач, частота вращения шпинделя и т.д. Осущ-ся синтез возможных вариантов компоновок МО с параметрическим обоснованием компоновки проектируемого МО. Результатом ТП, например, является синтезированная новая компановка МО для которой выполнены все проектировочные и проверочные расчеты. ТП представляют заказчику и, если он дает согласие, то выполняют след.этап.

83. Характеристика точности компоновки

Основные факторы влияющие на точность станка (зависит от компоновки).

Податливость (деформация),  влияние веса деталей и узлов, геометрическая точность, динамическая точность.

Влияние веса  деталей и узлов станка на точность.

1)                                                                               2)

             

Схема направляющих вариаонт 1) не реагирует на положение рабочего органа, на направляющих вариант 2) реагирует, т.е. сила веса вызывает дополнительную дифформацию направляющих складываемую с дифформацией от силы резания

; где  - номинальная податливость (см. выше расчет направляющих).

 - вылет расчетной точки относительно начала частных координат.

 - вылет центра тяжести (ц.т.) относительно начала частных координат.

 - радиус инерции направляющих вокруг оси .

Следовательно .

Источники погрешностей.

геометрическая – геометрические погрешности, связанные с изготовлением, сборкой, тепловыми и упругими деформациями, являются характерными для всех без исключения станков

кинематическая – кинематические ошибки характеризуют отклонение действительного передаточного отношения кинематической цепи от заданного в любой момент времени.

точность позиционирования – погрешности позиционирования являются специфическими для станков с ЧПУ. Они определяют разность между требуемым и фактическим положениями узла при его перемещении.

динамическая жёсткость – динамические погрешности возникают от колебаний различных видов.

Погрешность формообр-ия – связана с аппроксимацией траектории и интерполяции, ошибками настройки и точностью обработки эвольвентного профиля.

84. Гидростатические устройства

 Гидравлический привод типа гидроцилиндр с объемным ре­гулированием имеет ограниченные возможности, так как малые стабильные подачи жидкости осуществимы до 2-3 см³/мин. Для малых точных перемещений в небольшом диапазоне перспек­тивно использование регулируемых гидростатических опор. Одна не принципиальных схем подобного привода, разработанного на кафедре металлорежущих станков Московского станкоинструментального института, приведена на рис. 215. От насоса жидкость под давлением р поступает в дифференциальный мембранный регулятор, а затем в карманы замкнутой гидростатической опоры шпинделя. Положение мембраны регулятора, который выполняет функции делителя расхода, управляется парораспределителем типа сопло—заслонка. При изменении электрического сигнала в системе управления меняется положение заслонки и соответ­ственно положение мембраны регулятора, что в свою очередь перераспределяет объемы жидкости, поступающей в противополож­ные карманы гидростатической опоры. Экспериментальное иссле­дование регулируемых гидростатических опор свидетельствует о том, что они способны с большой точностью отрабатывать весьма малые перемещения, измеряемые десятыми и даже сотыми долями микрона. Высокое демпфирование в гидростатических опорах ограничивает быстродействие системы регулирования, которое лежит в пределах десятых долей секунды. С повышением частоты управляющего воздействия (рис. 216. а) резко уменьшается ампли­туда перемещения в гидростатической опоре. Важным достоинством гидростатического привода является пропорциональность переме­щения в опоре величине тока управления (рис. 216, б).

85. Технические характеристики МО. Силовые характеристики. Техническая характеристика – одна из основных частей технического задания.

1. Размерные характеристики определяются стандартами, отклонение возможно для станков специализированного назначения.

Токарные – Н, мм – высота центов (Н = 200, 250, 300, 400, 500…)

Сверлильные – Д_усл, мм – условный диаметр сверления при обработке ст 45.

Фрезерные – В х L , мм – габариты стола (В = 180, 200, 250, 320, 400, 500)

Обрабатывающие центры – В х L или Д_шп

Расточные – Дшп.

2. Скоростные характеристики.

Скоростные характеристики определяются по результатам расчетов.

- n_шп – об/мин;

- S, мм/мин;

- n_{шп ­max}, об/мин;

- n_{щп min}, об/мин.

Определение подачи.

Определение скорости резания

3. Силовые характеристики определяются расчетами мощности:

Сила резания P_рез

       Момент резания М_рез

Характеристики определяются также условиями обработки, материалом и размерами детали.

87.Динамическая система станка. Показатели динамического качества станка. Станок как замкнутая динамическая  система.

Основные понятия динамики станков

Динамическим процессом называется изменение параметров системы, в том числе и параметров, характеризующих рабочие процессы под влиянием внешних воздействий (разгон, торможение, колебания и т.п.).

Основными показателями динамического качества станка являются:

а)     запас и степень устойчивости;

б)     отклонения параметров системы при внешних воздействиях;

в)     быстродействие.

Различают три основных вида рабочих процессов:

1Процесс резания (ПР) представляет собой процесс пластического деформирования обрабатываемого материала с образованием стружки. С точки зрения динамики ПР оказывает влияние, в первую очередь, на виброустойчивость станка.

2Процесс трения (ПТ) возникает в соединении "ползун - направляющие" и в зависимости от вида трения (скольжения или качения). ПТ влияет на плавность перемещения узлов станка и, следовательно, на точность обработки.

3Процессы в двигателе (ПД) характеризуются электромагнитными (гидравлическими) явлениями, происходящими в электро-(гидро-)приводе станка и оказывают влияние на устойчивость движения рабочего органа в заданном диапазоне скоростей и характеристики привода в режиме разгона или торможения.