Исследование трансформации динамических воздействий технологическими системами с многозвенными шарнирно-упругими связями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Разумовский, Станислав Геннадьевич

• Разумовский, Станислав Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 1995

Оглавление диссертации кандидат технических наук Разумовский, Станислав Геннадьевич

ВВВДШИЕ . ^

1. ОБЗОР й АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ, ИНСТРУМШТОВ И ОСНАСТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРАНСФОРМАЦИЮ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

1.1. Технологические операции,использующие упругодешфиро-ванные металлорежущие инструменты со свойствами трансформации динамических воздействий

1.2. Недостатки методов расчета упругодемпфированных металлорежущих инструментов

1.3. Экспериментальные исследования работы упругодемпфированных инструментов

1.4. Обзор и анализ патентов на способы обработки и конструкции упругодемпфированных инструментов . 2

1.5. Постановка основных задач о разработке теоретических и экспериментальных методов исследования трансформа -ции динамических воздействий технологическими системами с многозвенными жарнирно-упругими связями.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТШ С МНОГОЗВЕННЫМИ 1МРНИРН0-ЖРУГИМИ СВЯЗЯМИ СО СВОЙСТВАМИ ТРАНСФОРМАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ В03ДЙ1СТВИЙ

2.1. Разработка параметрической модели технологических систем с многозвенными шарнирно-упрутими связями.

2.2. Разработка математической модели технологических систем с многозвенными шарнирно-упрутими связями . ^

2.3. Адекватность математической модели многозвенных технологических систем с шарнирыо-упругими связями со свойствами деформации динамических воздействий

Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТШАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСШ.1 С ЖАРНИРНО-УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ СО СВОЙСТВАМИ ТРАНСФОРМАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

3.1. Трансформация динамических воздействий в первом квадранте укороченной моделью технологической системы с шар-нирно-упругой связью

3.2.Трансформация динамических воздействий во втором квадранте однозвенной моделью технологической системы с шарнирно-упругой связью . ^

3.3. Трансформация динамических воздействий в третьем квадранте звеном технологической системы с шарнирно-упругой связью

3.4.Трансформация динамических воздействий в четвертом квадранте шарнирно-упругой связью технологической системы .<

Выводы •.•.*••.••••

4. ЭКШЕРИМЖТМШЫЕ ИССВДОВАНЙЯ ТРМСФОВШЩ НАПРШШЯ ВЕКТОРА ДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ШНСЖОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ С 1ШНИШ0-ШРУГ0Й СВЯЗИ)

4.1.Методические вопросы экспериментальных исследований и эквивалентных преобразований графо-аналитической модели технологических систем с шарнирно-упрутой связью .,»

4.2.Методика графо-аналитического исследования трансформации направления вектора динамического воздействия технологи -ческшш системами с подвижной заготовкой и однозвенной инструментальной системой .,

4.3.Результаты исследования трансформации направления вектора динамического воздействия технологической системой с малой жесткостью шарнирно-упрутой связи ./¿7/

4.4.Результаты исследования трансформации направления вектора динамического воздействия технологической системой с жесткой шарнирно-упрутой связью .,.//

4.5. Графо-аналитическое исследование трансформации динамического воздействия задней поверхностью режущего элемента технологической системы с шарнирно-упругиыи связями

Выводы.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Разумовский, Станислав Геннадьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Важное значение имеет решение научной проблемы, связанной с разработкой основ теории трансформации динамических воздействий технологическими системами с многозвенными тарнирно-уп-ругими связями» Под трансформацией динамического воздействия технологическими системами с многозвенными иарнирно-упрутши связями понимается изменение во времени направления вектора, длительности переднего фронта и амплитуды его вследствие малых относительных смещений режущих элементов, инструментов, инструменто-держателей, обрабатываемой заготовки, приспособлений, патронов и др. деталей и устройств технологической системы. Трансформация динамического воздействия является эффективной, если следствием её является повышение стойкости режущих элементов и (или) производительности обработки»

2. Решение проблемы выполнено на основе теоретических и графо-аиалитических экспериментальных исследований трансформации динамических воздействий технологическими системами с многозвенными иарнирно-упругиш связями, а также апробации экспериментальных результатов - инженерной методики экспресс-оценки эффективности трансформации динамических воздействий существующих и разрабатываемых конструкций инструментальных систем,

3. Теоретическая часть работы содержит основы методов исследования трансформации динамических воздействии технологическими системами на основе системы нелинейных неоднородных дифференциальных уравнений Яагранжа, методику графо-аиалитических исследований трансформации динамических воздействий! технологическими системами, а также способ экспериментальной оценки трансформации динамических воздействий инструментальными конструкциями«

4. Основные положения теории трансформации динамических воздействий базируются на параметрической модели технологической системы с щарнирно-упругини связями.

Модель состоит из кинематически движущейся системы заготовки и инструментальной системы, звенья которой последовательно соединены упруго-вязкими шарнирами. Вид траектории режущего лезвия инструментального звена определяется параметрами технологической системы. Составлены четыре укороченные параметрические модели с однозвенной инструментальной системой. Они характеризуются расположением вершины инструментального звена в первом, втором, третьем или четвертом квадрантах.

Для трехзвенной и всех однозвснных моделей составлены на базе аппарата уравнений Лаграшеа дифференциальные уравнения движения, ' Кинетическая энергия системы вычислена координатным методом. Потенциальная энергия и функция рассеяния динамического воздействия получены интегрированием по эквивалентным перемещениям упругих и вязких составляющих динамического воздействия,

5. Применение основных положений теории трансформации позволило получить следующие результаты.

Для оценки эффективности технологических систем выбран коэффициент трансформации динамического воздействия по направлению, Установлено, что для положительной трансформации этот коэффициент должен быть больше нуля и меньше единицы, Жз решения задач трансформации однозвенными моделями с применением преобразований Лапласа получены конечные выражения коэффициентов трансформации в первом, втором, третьем и четвертом квадрантах.

Для повышений эффективности трансформации динамических воздействий необходимо располагать главную режущую кромку относительно упругого шарнира во внутренних областях первого, втоporo, третьего или четвертого квадрантов, отдавая предпочтение найденным особым точкам второго и четвертого квадрантов» Установлено, что особые точки характеризуются углами координации £0 « 125°. 150° во втором квадранте и £0 - 305°. 330° в четвертом квадранте. Больше значения в указанных диапазонах соответствуют менее пластичному материалу припуска и меньшей степени износа режущего элемента. Для эффективной трансформации следует» кроме того, уменьшать параметры т » Rm * б* Предложена методика проверки адекватности математических моделей технологическим системам. Установлено, что кинетическая энергия трехзвенной системы может вырождаться в корректное выражение для одного звена. Подтверждена справедливость выражений центра масс звена ГП и смещений режущей кромки для диапазонов параметров £е[0, 2к\ ipi\0, {fr fc m}.

7. Методика экспершентальных исследований базируется на разработшшой теории трансформации динамических воздействий. Разработана новая методика графо-аналитических исследований многозвенных технологических систем, включающая в себя метод эквивалентных преобразований. Разработана новая экспериментальная техника - устройство с качающимся резцом для моделирования одно-звенных технологических систем.

8. При выполнении экспериментальных исследований получены следующие результаты.

Установлено, что трансформация динамических воздействий в технологических системах с многозвенными шарнирно-упругими связями возникает вследствие изменения знака и величины ортогональной составляющей. На трансформацию вектора Pw существенное влияние оказывает величины смещения корня стружки относительно передней поверхности и внедрения главной режущей и опорной кромок задней поверхности в обрабатываемую заготовку.

Определены геометрические места точек вершины инструментального звена относительно его шарнира, соответствующие эффективной и неэффективной трансформации динамического воздействия по направлению в зависимости от параметров технологической системы. Во внутренних областях первого, второго, третьего и четвертого квадрантов выявлены секторообразные зоны эффективной трансформации вектора силы резания- по направлению.

Установлено, что благоприятные области расширяются с увеличением жесткости шарнирной связи» а с ростом радиуса координации эффективность трансформации динамических воздействий ослабевает. Наблюдался рост эффективности трансформации с уменьшением заднего угла и увеличением размера фаски износа.

Поворот режущего звена, расположенного в благоприятных областях относительно шарнира вызывает положительный эффект трансформации динамического воздействия по направлению (увеличение отношения Р^/И )• При такой трансформации увеличивается стойкость режущих элементов, есть возможность повышать производите-* льность обработки. Однако из-за эффекта "выхода" вектора динамического воздействия через переднюю поверхность, сопровождающемся мгновенным разрушением режущего элемента, следует предостеречь от использования малых отрицательных углов 8 в сочетании с малым радиусом координации Т .

Результаты графо-аналитических исследований подтверждают и дополняют разработанные основы теории трансформации динамических воздействий.

9. На основе экспериментальных исследований устройства с качающимся резцом установлено* что при прерывистом резании: в широком диапазоне подач ( 5 - 0,098 . 0,34 мм/об) во внутренних областях первого, второго, третьего и четвертого квадрантов при

147 радиусах координации, не превосходящих 0,5 т реализуется устойчивое резание. Выставка вершины на границе третьего и четвертого квадрантов приводит к мгновенному разрушению режущей пластины при вхождении в припуск.

Это апробирует результаты, наеденные в теоретических исследованиях.

10, Прикладное значение разработанных методики графо-анали-тического исследования и метода эквивалентных преобразований выходит за рамки использования применительно к технологическим системам с многозвенными шарнирно-упругими связями. Методы рекомендуется использовать для исследования трансформации динамических воздействий техиолошческими системами различных классов (токарного, расточного, строгального, фрезерного и пр.; инструментов» оснастки, приспособлений, узлов станков и др.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Разумовский, Станислав Геннадьевич, 1995 год

1. Вейц В.Д.,ред. Нелинейные задачи динамики и прочности машин.-1.:Изд-во ЛГУ, 1983.- 336с.

2. Блохин В.В.,Ермаков D.M.,Сырцов В.М. Устройство для крепления • резца. A.c. 814582 СССР,МКИ В 23 В 29/ 14.-0публ. 1981, Бмд.Ш,

3. Витушкин В. И. Резец. A.c. 566677 СССР, МКИ В 23 В 27/16.-0публД977,Бш.ет .

4. Гузенко В. С, Режущий инструмент. A.c. 848159 СССР,МКИ В23 В 27/ 16. -Опубл.!981, Бюл.129 .

5. Ермаков D.M.,Рыбкин И.М.,1ляпин И.М. Устройство для крепления резца. А.с.523762 СССР,Жй В 23 В 29Д4.- Опубл.1976,Бюд.й29.

6. Шмаков Ю.М.,Иванов B.C.Торцовая фреза . A.c. 806293 СССР, МКИ В 23 С 5/06.-Опубл.1981,Бюл.№ 9 .

7. Ермаков ß. М., Зипунников Н. А., Левинсон И. М. Режущий инструмент . A.c. 1052345 СССР, МКЙ В 23 В 27/ 00.-Опубл.1983, Бюл.Ш,

8. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом.-!.: Машиностроение . Ленингр.отд-ние, 1986.- 184с.

9. Жарков й.Г.Влияние автоколебаний механических систем на стойкость инструмента , производительность и качество обработки// Повышение эффективности использования режущих инструментов при обработке авиационных материалов .- Куйбышев: Ку АН, -С.20-25.

10. Ю.Жарков И. Г., Попов Й.Г.Влияние автоколебаний на стойкость инструмента //Станки и инструмент . г 1971.-1 5.-С. 7- 8 .

11. И.Вейц В. Я.,Коловский М.З, Кочура А. Е.Динамика управляемых машинных агрегатов.- М.:Наука ,1984.-351с.

12. Кудашов В .А. Схема стружкообразования (динамическая модель процесса резания )// Станки и инструмент 1992.-МО.- 0,14-17 III- G.26- 29.

13. Кудинов В«А»Динамика станков Машиностроение ,1967.-3б0с.

14. Кудинов В.А.,Ключников А.В.,1устиков А. Д. Экспериментальное исследование нелинейности динамической характеристики процесса резания //Станки ш инструмент I978.-I II.- С. II.

15. Мездрогип В.Б. Разработка и внедрение высокопроизводительных станкоииструментальных систем для крупногабаритного оборудования с ЧПУ : Отчет о НИР / Ленингр. мех. ин-т .- УДК 621. 9, 025 ; Инв. № О- 88.-Л.- 1990, 37с.

16. Меркулов В.И.,Выборнова Л.И. Инструмент для доводки отверстий малых диаметров.А.с. 823088 СССР, МКЙ В 24 В 37/02.- Опубл.1981, Бюл. 115.

17. Мурашкин Л.С.,Мурашкин С.Л. Прикладная нелинейная динамика станков .- Л.{Машиностроение , 1977.- 192 с.

18. Мурашкин Л.С.,Мурашкин С. Л. Скорость распространения пластической деформации// Труды ЛПИ.Машиностроение.- Д.: ЛПИ, 1972.1. С.223-226.

19. Мурашкии С .Л. Дшшшка вибрационной обработки при положительном сопротивлении в системе // Труды лпи.Машиностроение.-З^ 321.- Л, г ЛПЙ, 1972.-С.202 i С. 205.

20. Нагораю С.Г. борцовая фреза. А. е. 852460 СССР,МКИ В 23С 5/06, Опубл. 1961, Бюд.129 .

21. Орлов П.Н ,Полухин В. А. Способ безабразивной доводки.А.с.44640; СС-СР , МШ В 23 В 37/04. -Опу б л «1974,Бюл. Í38 .

22. Патент 3523349 CIA , Нац.кл.29-27.5. Резцовая оправка.- Опубл. 1970 .

23. Патент 4539832 США , Нац. кл.72/118. Режуще-деформирующая развертка Опубл. 1985 .

24. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные проце сы резания Машиностроение ,1977*- 304 с.

25. Подураев В.Н. Обработка резанием жаропрочных и нержавеющих матер алов И» :Высшая школа ,1965. -520с.

26. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями М. :Машинострое-ние , 1970.-351 с.

27. Подураев В. ¡I. Резание труднообрабатываемых материалов : Учеь.по собие для ВУЗов.-М.г Высшая школа , 1974.-590с.

28. Подураев В.Н.,Валиков В.И., Чириков В.Й. Эффективные процессы ре зашя при нестационарном режиме обработки //Станки и инструмент.-1 976. -Ш . -С.25-28 .

29. Подураев В.Н., Горнев В.Ф.,Бурмистров В. В. К теории гашения автоколебаний при механической обработке с осциллирующей подачей

30. Изнестия ВУЗов .Машиностроение .-I974.-MI.- C.I2-J.4 .

31. Подураев В.Н. »Суворов A.A. ,0всептян P.C. Улучшение охлаждающих свойств стзочно-охлаздающих жидкостей при возбуждении ультразвуковых колебаний //Станки и инструмент.-1975.-К.-С.12-14 .

32. Подураев В.Н., Семенов В.И. Сборные резцы для обдирочных операций // Станки и инструмент .-1992.-Ш.- С. 13-17.

33. Подураев В.Н,,.Шатунов Г.Ф.,Войтов В,Во Обработка резанием с частичным опережающим пластическим деформированием поверхности резания //Изв. АН БСССР.Оер. физ,-те:ш,наук.-1991.-Щ.- С.75 .

34. Ситдиков М.М.,Демидов H.H. Инструмент для доводки отверстий малых диаметров , А.с, 979043 СССР ,МКИ В 23 Д 77/00,- Опубл. 1982 Бюл. № 45 .

35. Шапиро Г,$.,Кнырик Г.Ф. Торцовая фреза. А,с, 904922 СССР,МКИ В 24 С 5/06, Опубл. 1981, Бш, W15 .

36. Ящерицын II,П.,Молочко В.И.,Бегуиов 1,0. Универсальный резцедержатель. A.c. 856671 СССР,ШШ В 23 В 29/03,-0публ, 1981, Бюл.Ю1

37. Дойцянский Л, Г.fЛурье А. И. Теоретическая механика : В 3ч.- Ч.З : Динамика несвободной системы и теория колебаний л. М,: ШТЙ , 1934 , -624 с.

38. Дойцянский Л.Г., Лурье А. И. Курс теоретической механики : В 2-х ч.- Ч. 2 : Динамика .-41.г Наука ,1983.- 640 с.

39. Маркеев А. П. Курс теоретической механики : Учеб, пособие для университетов .-М.Шаука,1990 .-416 с,

40. Корн Г,,Корн Т, Справочник по математике для научных работников и инженеров / Пер. с англ.-М,: Наука , 1984, 831 с.152