Способ оценки виброустойчивости металлорежущих станков

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при определении технического уровня металлорежущих станков по их виброустойчивости. Значение предельной глубины резания определяют поэтапно, не менее чем в трех установленных зонах рабочего пространства станка. Дополнительно определяют при резании типовой заготовки значения вероятных ограничений предельной глубины резания, обусловленные эффективной мощностью резания и крутящим моментом. Из совокупности вероятных ограничений по каждой зоне определяют значение предельной интегральной характеристики виброустойчивости в рабочем пространстве станка по формуле 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при определении технического уровня металлорежущих станков по их виброустойчивости, в частности токарных станков для центровой обработки длинномерных заготовок.

Известен способ определения виброустойчивости металлорежущих станков без применения резания (Испытания токарных станков средних размеров на виброустойчивость без применения резания. М: ЭНИМС, 1976, с. 1-23) с помощью амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ), получаемой методом гармонического воздействия, например, с помощью вибратора и коррелирующей с предельной глубиной резания.

Недостатком известного способа является низкая точность и малая эффективность оценки виброустойчивости, т.к. этот способ не учитывает нелинейности динамической системы станка, связанные с качеством изготовления (например, зазоры, люфты), а также ограничения по виброустойчивости, обусловленные конструкцией станка в пределах его рабочего пространства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ оценки виброустойчивости металлорежущих станков при резании (Методика испытания токарных станков средних размеров общего названия на виброустойчивость при резании. М: ЭНИМС, 1961, с. 1-44), по которому осуществляют процесс резания типовой заготовки станка по полученной детерминированной величине "предельной стружки" t_пр (максимально достигаемой, т.е. предельной глубине резания до наступления состояния неустойчивого резания или допустимого уровня вибраций).

Этот способ обеспечивает более точное определение виброустойчивости по сравнению с аналогом, т. к. учитывает нелинейности динамической системы станка, связанные с качеством изготовления.

Однако, он не учитывает изменение виброустойчивости при перемещении вершины резца в рабочем пространстве, а также наличие ряда ограничений, обусловленных конструктивным исполнением станка (например, типом двигателя, особенностями кинематики, монтажа и др.), что не обеспечивает высокой точности и эффективности оценки технического уровня металлорежущих станков.

Задача изобретения - повышение точности и эффективности определения виброустойчивости станка за счет учета нелинейности динамической системы станка, связанные с качеством изготовления (например зазоры, люфты), перемещения вершины резца в рабочем пространстве и ограничений виброустойчивости, обусловленных конструктивным исполнением станка, что позволяет более объективно оценивать технический уровень станков.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе оценки виброустойчивости металлорежущих станков по предельной глубине резания определение значения последней при резании типовых заготовок производят поэтапно, не менее чем в трех установленных зонах рабочего пространства станка, далее сопоставляют величины предельной глубины резания (t_в) в каждой зоне испытаний с потенциально наиболее вероятными дополнительными ограничениями значений предельной глубины резания, обусловленные при резании установленной мощностью двигателя главного привода (t_N), кинематически достигаемым крутящим моментом (t_м), исполнением несущей системы станка (t_н.с.) и др. для установления соответствующих лимитирующих значений (t_расч.) и определяют значение предельной интегральной характеристики виброустойчивости в рабочем пространстве станка для нормированной длины обработки по формуле Симпсона: где t_пред - значение предельно допустимой глубины резания у переднего конца шпинделя, установленное с учетом ограничений, t_пред = min (t_N,t_M,t_b); y₁ - допустимая глубина резания, соответствующая среднему положению (точке) по длине обработки; y₂ - глубина резания, соответствующая точке на другом конце заготовки (на стороне задней бабки).

На эскизе представлена рабочая схема рассматриваемых ограничений в рабочем пространстве станка для реализации способа через определение интегрального параметра виброустойчивости.

Способ осуществляют следующим образом.

В центрах 1 токарного станка устанавливают типовую заготовку 2 диаметром d (возможен патронно-центровой вариант ее закрепления) и производят ее обработку резцом 3 при режимах резания: V, S, t последовательно в детерминированных экстремальных зонах III, II, I, в каждой из которых, увеличивая с помощью лимба станка глубину резания t при очередном проходе, достигают соответствующего значения предельной глубины резания t_BIII, t_BII, t_BI для кривой t_B.

Характеристика t_B может быть получена соответствующим расчетом, исходя из условия замкнутости динамической упругой системы станка при резании. Экспериментально-расчетным путем определяют значения ограничений по эффективной мощности резания главного привода t_N и крутящему моменту t_M (датчики на эскизе не показаны), затем в каждой зоне при сопоставлении всей совокупности действующих ограничений выявляют значения лимитирующих ограничений кривой границы устойчивости t_расч., исходя из которых определяют значение предельной интегральной характеристики виброустойчивости в рабочем пространстве станка по формуле Симпсона: где t_пред. - значение предельно допустимой глубины резания у переднего конца шпинделя, установленное с учетом ограничений,
t_пред = min (t_N, t_M, t_B);
y₁ - допускаемая глубина резания, соответствующая средней позиции по длине обработки;
y₂ - глубина резания, соответствующая точке на другом конце заготовки (на стороне задней бабки).

Предложенным способом была обработана на токарном станке модели УТ16А закрепленная в центрах типовая заготовка из стали 45, диаметром d = 60 мм, при частоте вращения шпинделя n = 500 об./мин, при подаче S = 0,36 мм/об резцом с механическим креплением 3-х гранной режущей пластины Т15К6. Предельная глубина резания (по лимбу станка) в трех характерных зонах рабочего пространства станка соответственно составила: t_BI = 6,5 мм, t_BII = 6 мм, t_BIII = 6 мм.

Ограничения предельной глубины резания для установленной кинематической цепи по эффективной мощности двигателя и крутящего момента (определенные по известной методике) соответственно составили: t_N = 7,3 мм, t_M = 7,2 мм. Далее определяли предельный интегральный параметр виброустойчивости в рабочем пространстве станка по формуле Симпсона:

Определив предложенным способом предельный интегральный параметр виброустойчивости у нескольких станков-аналогов можно объективнее оценить их технический уровень и принять обоснованные технические решения, связанные с оптимизацией функциональных возможностей станков.

Формула изобретения

Способ оценки виброустойчивости металлорежущих станков, например, предназначенных для центровой токарной обработки, согласно которому за исходный параметр выбирают значение предельной глубины резания, (t_b) полученной при испытании станков на виброустойчивость при резании типовых заготовок, и определяют значение предельной характеристики виброустойчивости, отличающийся тем, что значение предельной глубины резания определяют поэтапно не менее чем в трех зонах рабочего пространства станка, дополнительно определяют при резании значения вероятных ограничений предельной глубины резания, обусловленные эффективной мощностью главного привода (t_N) и крутящим моментом (t_m), затем определяют значение предельной интегральной характеристики виброустойчивости в рабочем пространстве станка из совокупности наиболее вероятных ограничений по каждой зоне по формуле

где t_пред - значение предельно допустимой глубины резания у переднего конца шпинделя, установленного с учетом ограничений, t_пред = min (t_N, t_m, t_b);
y₁ - допустимая глубина резания, соответствующая средней позиции резца по длине обработки;
y₂ - глубина резания, соответствующая точке на другом конце заготовки на стороне задней бабки.

РИСУНКИ

Рисунок 1