Улучшение динамических характеристик фрезерных станков на основе моделирования их несущих систем

• Автор: Еремин, Николай Викторович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ЖЕСТКОСТИ И ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ НЕСУЩИХ СИСТЕМ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Несущая система металлорежущего станка и ее элементы

1.2. Расчет и моделирование базовых деталей несущей

системы металлорежущего станка

1.3. Расчет и моделирование стыков базовых деталей

несущей системы

1.4. Моделирование несущей системы металлорежущего станка

1.5. Способы программной реализации метода конечных элементов для решения статических и динамических задач механических систем

1.6. Виброустойчивость процесса фрезерования

1.7. Выводы. Цель и задачи работы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ НЕСУЩЕЙ
СИСТЕМЫ ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
2.1. Методика подготовки исходных данных для расчета динамических характеристик сложных механических систем
в программном комплексе ANSYS
2.2. Разработка расчетной модели базовой детали
2.2.1. Экспериментальное исследование стойки
фрезерного станка
2.2.2. Модель стойки с использованием твердотельных элементов
2.2.3. Модель стойки с использованием оболочковых элементов
2.2.4. Методические рекомендации по моделированию
базовых деталей металлорежущих станков
2.3. Разработка расчетной модели стыка базовых
деталей несущей системы
2.3.1. Обоснование принципиальной возможности
моделирования стыка слоем материала. Понятие «непрерывной» модели стыка
2.3.2. Моделирование стыков деталей на основе твердотельной модели
2.3.3. Моделирование стыков деталей на основе оболочковой модели
2.4. Общие подходы к разработке модели несущей системы
2.4.1. Особенности моделирования базовых деталей
2.4.2. Особенности моделирования стыков базовых
деталей
2.4.3. Особенности разработки расчетной модели несущей системы
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И
ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕСУЩИХ
СИСТЕМ БЕСКОНСОЛЬНЫХ ФРЕЗЕРНЫХ
СТАНКОВ
3.1. Исследование несущей системы бесконсольного фрезерного станка мод
3.1.1. Подготовка исходных данных для расчетной модели несущей системы фрезерного станка
3.1.2. Расчет статических характеристик несущей системы фрезерного станка
3.1.3. Исследование динамических характеристик несущей системы фрезерного станка
3.2. Исследование несущей системы бесконсольного
фрезерного станка мод. 6532
3.2.1. Разработка расчетной модели несущей системы фрезерного станка и подготовка исходных данных
для нее
3.2.2. Исследование статических и динамических характеристик фрезерного станка
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ
ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
4.1. Методика расчета критической глубины резания
при торцовом фрезеровании
4.2. Расчетный анализ виброустойчивости бесконсольного фрезерного станка мод
4.3. Расчетный анализ виброустойчивости бесконсольного фрезерного станка мод. 6532
4.4. Выводы

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСУЩИХ СИСТЕМ
* ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
5 Л. Ожидаемый экономический эффект от использования
методики моделирования несущих систем фрезерных станков
при проектировании
5.2. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Формы собственных колебаний несущей
системы станка мод
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акт внедрения

ляется и рассматриваемая деталь) имеет бесконечное количество собственных частот, причем амплитуда колебаний при переходе от предыдущей частоты к последующей уменьшается. Исходя из этого, влияние того или иного элемента системы на ее частоты собственных колебаний будет проявляться на бесконечном количестве частот, но наибольшим оно будет на самой низкой из них. Поэтому при расчете собственных частот для использования их значений в выражениях (2.11) и (2.13) достаточно рассчитать лишь первые частоты системы, определяемые влиянием ее элементов.
Расчет собственных частот и форм колебаний рассматриваемой детали показал, что влияние всех элементов системы полностью проявляется уже на первых четырех собственных частотах, равных 100; 135; 145 и 171 Гц. Соответствующие им формы собственных колебаний представлены на рис. 2.3. Как видно, колебания детали на первых трех собственных частотах определяются только ее стыком с фундаментом: на первой частоте деталь сдвигается в плоскости стыка за счет его касательной податливости; на второй — деталь раскачивается за счет нормальной податливости стыка; на третьей - деталь совершает крутильные колебания за счет касательной податливости стыка. При этом сама деталь не деформируется, то есть ее влияние на форме колебаний на первых трех собственных частотах не проявляется. Так как наибольшее влияние стыка проявляется на наиболее низкой частоте, то в качестве собственной частоты, определяемой влиянием пружинных элементов, моделирующих стык, возьмем первую собственную частоту детали (100 Гц).
При колебаниях системы на четвертой собственной частоте происходит деформация самой детали. Контактные деформации стыка детали с основанием практически отсутствуют. Таким образом, четвертая частота собственных колебаний системы (171 Гц) определяется преимущественным влиянием самой детали.
Коэффициенты внутреннего трения определим по литературе: для материала детали у=0,03 [42], для стыка - у=0,1 [94]. Далее, используя выражения (2.11) и (2.13), определяем параметр демпфирования материала детали (Д=2,78-10'5 Гц'1) и пружинных элементов, ориентированных в направлении (рис. 2.2) оси Ох, Оу и Oz: 0=7,62-103 Н-с/м, 0=87,26-103 Н-с/м, С;=111,05-103 Н-с/м соответственно. Определением данных параметров модели этап подготовки исходных данных для расчета динамических характеристик рассматриваемой конструкции в программном комплексе ANSYS заканчивается.