Влияние погрешности движения исполнительных элементов токарного станка на траектории формообразующих движений

Автор: Заковоротный Вилор Лаврентьевич, Гвинджилия Валерия Енвериевна

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 1 (88) т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

Введение. Любой металлорежущий станок имеет погрешности движения исполнительных элементов, зависящие от его геометрической точности и состояния. Эти погрешности изменяют формообразующие движения опосредованно, через их преобразование динамической системой резания с учетом упругих деформаций инструмента и детали. Материалы и методы. Рассматриваются законы связи погрешностей исполнительных элементов станка и траекторий формообразующих движений для продольного точения. Все деформационные смещения отсчитываются от независимой системы координат, привязанной к несущей системе станка, которая считается абсолютно жесткой и недеформируемой. Результаты исследования. Предлагается математическая модель преобразования, состоящая из двух упругих динамических подсистем со стороны инструмента и обрабатываемой детали, которые взаимодействуют между собой через динамическую связь, формируемую процессом резания. В этой модели учтены погрешности движения исполнительных элементов. Они обусловлены кинематическими возмущениями и биениями шпинделя и обрабатываемой детали в пространстве. Обсуждение и заключения. Таким образом, в представленной работе, в отличие от известных исследований, показано, каким образом в зависимости от кинематических и других возмущений изменяется математическое описание и параметры динамической связи, формируемой процессом резания. Подробно рассматриваются два типа возмущений: вызывающие вариации скорости движения инструмента относительно детали в направлении подвижности суппорта и возмущения в виде колебательных смещений в направлении, ортогональном к направлению скорости подачи. Эти возмущения формируются в виде радиальных и осевых биений шпинделя, а также в виде вариаций скорости продольной подачи и вариаций положения суппорта относительно идеальной оси вращения детали. Показано, что закон преобразования возмущений в траектории формообразующих движений зависит от частотного состава возмущений. Приводятся примеры и делаются заключения о свойствах преобразования. В частности, показано, что вариации скорости в направлении продольной подачи с частотой, равной или кратной частоте вращения шпинделя, никак не отображаются в траекториях формообразующих движений.

Еще

Процесс точения, погрешности исполнительных элементов, формообразующие траектории, динамика процесса

Короткий адрес: https://sciup.org/14250264

IDR: 14250264 | DOI: 10.23947/1992-5980-2017-17-1-35-46

Список литературы Влияние погрешности движения исполнительных элементов токарного станка на траектории формообразующих движений

Решетов, Д. Н. Точность металлорежущих станков/Д. Н. Решетов, В. Т. Портман. -Москва: Машиностроение, 1986. -336 с.
Кадыров, Р. Р. Определение состава основных проверок геометрической точности металлорежущего станка/Р. Р. Кадыров, Р. Г. Кудояров//СТИН. -2016. -№ 8. -С. 2-7.
Zakovorotny, V. L. The Problems of Control of the Evolution of the Dynamic System Interacting with the Medium/V. L. Zakovorotny, A. D. Lukyanov//International Journal of Mechanical Engineering and Automation. -2014. -Vol. 1, № 5. -Р. 271-285.
Zakovorotny, V. L. System synthesis of Machine tool manufacturing process control based on synergetic conception // V. L. Zakovorotny, A. D. Lukyanov // Procedia Engineering. - 2016. - Vol. 150. - P. 370-375.
Заковоротный, В. Л. Синергетическая концепция при построении систем управления точностью изготовления деталей сложной геометрической формы/В. Л. Заковоротный, М. Б. Флек, Д.-Т. Фам//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2011. -Т. 11, № 10 (61). -С. 1785-1797.
Заковоротный, В. Л. Свойства формообразующих движений при сверлении глубоких отверстий малого диаметра/В. Л. Заковоротный, Е. Ю. Панов, П. Н. Потапенко//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2001. -Т. 1, № 2. -С. 81-93.
Заковоротный, В. Л. Управление процессом сверления глубоких отверстий спиральными сверлами на основе синергетического подхода/В. Л. Заковоротный, В. П. Лапшин, И. А. Туркин//Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. -2014. -№ 3 (178). -С. 33-41. -(Технические науки).
Заковоротный, В. Л. Система оптимального управления процессом глубокого сверления отверстий малого диаметра/В. Л. Заковоротный, Т. Санкар, Е. В. Бордачев//СТИН. -1994. -№ 12. -С. 22-25.
Тлустый, И. Автоколебания в металлорежущих станках/И. Тлустый. -Москва: Машгиз, 1956. -395 с.
Tobias, S.-A. Machine Tool Vibrations/S.-A. Tobias. -London: Blackie, 1965. -350 р.
Кудинов, В. А. Динамика станков/В. А. Кудинов. -Москва: Машиностроение, 1967. -359 с.
Zakovorotny, V. L. Bifurcations in the dynamic system of the mechanic processing in metal-cutting tools/V. L. Zakovorotny//WSEAS. Journal of Transactions on Applied and Theoretical Mechanics. -2015. -Vol. 10. -P. 102-116.
Заковоротный, В. Л. Влияние изгибных деформаций инструмента на самоорганизацию и бифуркации динамической системы резания металлов/В. Л. Заковоротный, Д.-Т. Фам, В. С. Быкадор//Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. -2014. -Т. 22, № 3. -С. 40-52.
Bifurcation of stationary manifolds formed in the neighborhood of cutting/V. L. Zakovorotny //Journal of Sound and Vibration. -2016. -Т. 368. -С. 174-190.
Заковоротный, В. Л. Использование синергетической концепции для изучения устойчивости формообразующих траекторий попутного фрезерования/В. Л. Заковоротный, А. А. Губанова, А. Д. Лукьянов//СТИН. -2016. -№ 4. -С. 32-40.
Заковоротный, В. Л. Условия параметрического самовозбуждения динамической системы фрезерования концевыми фрезами/В. Л. Заковоротный, А. А. Губанова, А. Д. Лукьянов//СТИН. -2016. -№ 6. -С. 10-16.
Заковоротный, В. Л. Притягивающие множества при фрезеровании концевыми фрезами/В. Л. Заковоротный, А. А. Губанова, А. Д. Лукьянов//СТИН. -2016. -№ 8. -С. 27-33.
Заковоротный, В. Л. Параметрическое самовозбуждение динамической системы резания/В. Л. Заковоротный, Т.-Х. Фам//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2013. -Т. 13, № 5-6 (74). -С. 97-103.
Моделирование динамической связи, формируемой процессом точения, в задачах динамики процесса резания (скоростная связь)/В. Л. Заковоротный //Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2011. -Т. 11. -№ 2 (53). -С. 137-146.
Моделирование динамической связи, формируемой процессом точения, в задачах динамики процесса резания (позиционная связь)/В. Л. Заковоротный //Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2011. -Т. 11, № 3 (54). -С. 301-311.
Хакен, Г. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии/Г. Хакен. -Москва; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. -320 с.
Синергетика и проблемы теории управления/под ред. А. А. Колесникова. -Москва: Физматлит, 2004. -504 с.
Пуш, А. В. Шпиндельные узлы. Качество и надежность/А. В. Пуш. -Москва: Машиностроение, 1992. -288 с.
Заковоротный, В. Л. Динамика транспортных трибосистем/В. Л. Заковоротный, В. В. Шаповалов//Сборка в машиностроении, приборостроении. -2005. -№ 12. -С. 19-29.
Заковоротный, В. Л. Введение в динамику трибосистем/В. Л. Заковоротный, В. П. Блохин, М. И. Алексейчик. -Ростов-на-Дону: ИнфоСервис, 2004. -680 с.
Ахманов, С. А. Введение в статистическую радиофизику и оптику/С. А. Ахманов, Ю. Е. Дьяков, А. С. Чиркин. -Москва: Наука, 1981. -С. 124-128.
A dual criterion of stochastic linearization method for Multi-degree of freedom systems subjected to random excitation/N.-D. Anh //Acta Mechanica. -2012. -Vol. 223, № 12. -P. 2667-2684.
Anh, N.-D. Response analysis of Van Der Pol oscillator subjected to harmonic and random excitations/N.-D. Anh, V. L. Zakovorotny, D.-N. Hao//Probabilistic Engineering Mechanics. -2014. -Vol. 37. -P. 51-59.
Меркин, Д. Р. Введение в теорию устойчивости движения/Д. Р. Меркин. -Москва: Наука, 1971. -312 с.
Лахаданов, В. М. О влиянии структуры сил на устойчивость движения/В. М. Лахаданов//Прикладная математика и механика. -1974. -Т. 38. -С. 246-253.
Заковоротный, В. Л. Информационное обеспечение системы динамической диагностики износа режущего инструмента на примере токарной обработки/В. Л. Заковоротный, Е. В. Бордачев//Проблемы машиностроения и надежности машин. -1995. -№ 3. -С. 95-103.
Заковоротный, В. Л. Построение информационной модели динамической системы металлорежущего станка для диагностики процесса обработки/В. Л. Заковоротный, И. В. Ладник//Проблемы машиностроения и надежности машин. -1991. -№ 4. -С. 75-79.
Reshetov, D.N., Portman, V.T. Tochnost' metallorezhushchikh stankov. Moscow: Mashinostroenie, 1986, 336 p..
Kadyrov, R.R., Kudoyarov, R.G. Opredelenie sostava osnovnykh proverok geometricheskoy tochnosti metallorezhushchego stanka. STIN, 2016, no. 8, pp. 2-7.
Zakovorotny, V. L., Lukyanov, A.D. The Problems of Control of the Evolution of the Dynamic System Interacting with the Medium. International Journal of Mechanical Engineering and Automation, 2014, vol. 1, no. 5, pp. 271-285.
Zakovorotny, V. L., Lukyanov, A.D. System synthesis of Machine tool manufacturing process control based on synergetic conception. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 370-375.
Zakovorotny, V.L., Flek, M.F., Pham Dinh Tung. Sinergeticheskaya kontseptsiya pri postroenii sistem upravleniya tochnost'yu izgotovleniya detaley slozhnoy geometricheskoy formy. Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 10 (61), pp. 1785-1797.
Zakovorotny, V.L., Panov, E.Y., Potapenko, P.N. Svoystva formoobrazuyushchikh dvizheniy pri sverlenii glubokikh otverstiy malogo diametra. Vestnik of DSTU, 2001, vol. 1, no. 2, pp. 81-93.
Zakovorotny, V.L., Lapshin, V.P., Turkin, I.A. Upravlenie protsessom sverleniya glubokikh otverstiy spiral'nymi sverlami na osnove sinergeticheskogo podkhoda. University News. North-Caucasian region. Technical Sciences Series, 2014, no. 3 (178), pp. 33-41.
Zakovorotny, V.L., Sankar, T., Borodachev, E.V. Sistema optimal'nogo upravleniya protsessom glubokogo sverleniya otverstiy malogo diametra. STIN, 1994, no. 12, pp. 22.
Tlusty, I. Avtokolebaniya v metallorezhushchikh stankakh. Moscow: Mashgiz, 1956, 395 p..
Tobias, S.-A. Machine Tool Vibrations. London: Blackie, 1965, 350 р.
Kudinov, V.A. Dinamika stankov. Moscow: Mashinostroenie, 1967, 359 p..
Zakovorotny, V. L. Bifurcations in the dynamic system of the mechanic processing in metal-cutting tools. WSEAS. Journal of Transactions on Applied and Theoretical Mechanics, 2015, vol. 10, pp. 102-116.
Zakovorotny, V.L., Pham D.-T., Bykador, V.S. Vliyanie izgibnykh deformatsiy instrumenta na samoorganizatsiyu i bifurkatsii dinamicheskoy sistemy rezaniya metallov. Izvestia VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2014, vol. 22, no. 3, pp. 40-52.
Zakovorotny, V.L., et al. Bifurcation of stationary manifolds formed in the neighborhood of cutting. Journal of Sound and Vibration, 2016, vol. 368, pp. 174-190.
Zakovorotny, V.L., Gubanova, A.A., Lukyanov, A.D. Ispol'zovanie sinergeticheskoy kontseptsii dlya izucheniya ustoychivosti formoobrazuyushchikh traektoriy poputnogo frezerovaniya. STIN, 2016, no. 4, pp. 32-40.
Zakovorotny, V.L., Gubanova, A.A., Lukyanov, A.D. Usloviya parametricheskogo samovozbuzhdeniya dinamicheskoy sistemy frezerovaniya kontsevymi frezami. STIN, 2016, no. 6, pp. 10-16.
Zakovorotny, V.L., Gubanova, A.A., Lukyanov, A.D. Prityagivayushchie mnozhestva pri frezerovanii kontsevymi frezami. STIN, 2016, no. 8, pp. 27-33.
Zakovorotny, V.L., Pham D.T. Parametricheskoe samovozbuzhdenie dinamicheskoy sistemy rezaniya. Vestnik of DSTU, 2013, vol. 13, no. 5/6 (74), pp. 97-103.
Zakovorotny, V. L., et al. Modelirovanie dinamicheskoy svyazi, formiruemoy protsessom tocheniya, v zadachakh dinamiki protsessa rezaniya (skorostnaya svyaz'). Vestnik of DSTU, 2011, vol. 1, no. 2 (53), pp. 137-146.
Zakovorotny, V. L., et al. Modelirovanie dinamicheskoy svyazi, formiruemoy protsessom tocheniya (pozitsionnaya svyaz'). Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 3 (54), pp. 301-311.
Haken, H. Tayny prirody. Sinergetika: uchenie o vzaimodeystvii. Moscow; Izhevsk: Institute of Computer Science, 2003, 320 p..
Kolesnikov, A.A., ed. Sinergetika i problemy teorii upravleniya. Moscow: Fizmatlit, 2004, 504 p..
Push, A.V. Shpindel'nye uzly. Kachestvo i nadezhnost'. Moscow: Mashinostroenie, 1992, 288 p..
Zakovorotny, V.L., Shapovalov, V.V. Dinamika transportnykh tribosistem. Assembling in Mechanical Engineering and Instrument-Making, 2005, no. 12, pp. 19-29.
Zakovorotny, V.L., Blokhin, V.P., Alekseychik, M.I. Vvedenie v dinamiku tribosistem. Rostov-on-Don: InfoServis, 2004, 680 p..
Akhmanov, S.A., Dyakov, Y.E., Chirkin, A.S. Vvedenie v statisticheskuyu radiofiziku i optiku. Moscow: Nauka, 1981, pp. 124-128.
Anh, N.-D., et al. A dual criterion of stochastic linearization method for Multi-degree of freedom systems subjected to random excitation. Acta Mechanica, 2012, vol. 223, no. 12, pp. 2667-2684.
Anh, N.-D., Zakovorotny, V.L., Hao, D.-N. Response analysis of Van Der Pol oscillator subjected to harmonic and random excitations. Probabilistic Engineering Mechanics, 2014, vol. 37, pp. 51-59.
Merkin, D.R. Vvedenie v teoriyu ustoychivosti dvizheniya. Moscow: Nauka, 1971, 312 p..
Lakhadanov, V.M. O vliyanii struktury sil na ustoychivost' dvizheniya. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1974, vol. 38, pp. 246-253.
Zakovorotny, V.L., Bordachev, E.V. Informatsionnoe obespechenie sistemy dinamicheskoy diagnostiki iznosa rezhushchego instrumenta na primere tokarnoy obrabotki. Journal of Machinery Manufacture and reliability, 1995, no. 3, pp. 95-103.
Zakovorotny, V.L., Ladnik, I.V. Postroenie informatsionnoy modeli dinamicheskoy sistemy metallorezhushchego stanka dlya diagnostiki protsessa obrabotki. Journal of Machinery Manufacture and reliability, 1991, no. 4, pp. 75-81.

Еще

Статья научная