РОЗДІЛ 2
Загальна методика теоретичних досліджень приводів затиску
змінної структури з геометричним замиканням
2.1. Загальній підхід
Основними вимогами, що пред'являються до проектованого ПрЗ є: необхідна точність положення деталі в ЗМ щодо технологічних баз верстата, стабільність сили затиску, міцність і довговічність деталей і елементів ПрЗ, максимальна швидкодія ЗМ. Три останніх вимоги в найбільшій мірі забезпечуються приводом затиску.
Одним з відомих напрямків стабілізації сили S? в ПрЗ є використання пружної ланки (ПЛ) у вигляді пакета тарілчастих пружин з нелінійною характеристикою, які мають попередній натяг. Другим напрямком, який достатньо досліджений [103], є використання самонастроювальних цангових патронів (СЦП) з підпружиненою ланкою самонастроювання (ЛС). За рахунок вибірки зазору між прутком і губками СЦП забезпечується постійний натяг пружної системи механізму (ПСМ), тобто постійна осьова сила S?=const, і постійні умови контакту губок затискної цанги зі шпинделем, тобто постійна радіальна сила Т?= const, прутка ?d в обмеженому діапазоні (до 0,5 - 1мм).
Третім напрямком, який потребує детального дослідження і є об'єктом даного дослідження, це створення ПрЗ змінної структури з використанням принципу самонастроювання за рахунок введення підпружиненої ланки самонастроювання (ЛС) між передавально-підсилюючим механізмом (ППМ) і трубою затиску, між ППМ шпинделем - жорстким упором, а також з використанням рухомого самогальмуючого упора (РСУ), що наближує дану структуру до структури із самонастроюванням при надійному гальмуванні, забезпечення якого потребує вибору оптимальних параметрів ПрЗ і є основним предметом досліджень в порівнянні з іншими ПрЗ змінної структури.
Найбільш перспективними з погляду приведених вимог до приводів затиску є самонастроювальний ПрЗ із рухливим самогальмуючим упором (РСУ), у яких самонастроювання на розмір деталі, що затискається, здійснюється при самогальмуванні рухливого упора після вибірки зазорів між затискним елементом патрона і деталлю, що затискається. При цьому топологія елементної структури СПрЗ для усіх відомих конструкцій є незмінною, а розвиток її ведеться по шляху розширення складу елементної бази. Таким чином, нові конструктивні рішення СПрЗ можна одержувати, комбінуючи його складовими елементами. Ці елементи можна розглядати, як модулі, наприклад, ЛС: кулачковий, фрикційний, клиновий, тощо. Кожен такий модуль володіє визначеною конструктивною формою і фізико-механічними властивостями, описуваними математичними залежностями.
Дослідження динаміки ПрЗ і ЗМ у цілому [5 - 7] показали, що динамічні навантаження в циклі затиску - розтиску можуть значно перевищувати статичні, обумовлені силовим портретом ЗМ. Отже, вимога максимальної швидкодії є суперечливим (конфліктним) у відношенні вимог стабільності сили затиску, міцності і довговічності елементів ЗМ. Питання проектування ПрЗ із максимальною швидкодією, що визначає і продуктивність верстата в цілому, при обмеженнях на всі інші показники якості ЗМ найбільше успішно можна вирішити проведенням динамічних розрахунків. Ці розрахунки для ЗМ зі ПрЗ змінної структури ускладнені конструктивними особливостями таких ПрЗ, а саме змінністю їхньої структури в циклі "затиск - розтиск". У даній роботі досліджена можливість структуризації СПрЗ і ПрЗ змінної структури у процесі їх роботи, що дозволяє в автоматизованому режимі моделювати альтернативні структури з метою вибору оптимальної. Такий підхід можливий при модульному представленні не тільки поелементної структури, але і процесу функціонування СПрЗ. При динамічних розрахунках суміжні модулі процесу функціонування ПрЗ і ЗМ у цілому повинні бути "зістиковані" по початкових і вихідних параметрах, що можливо тільки при одержанні узагальненої модульної структури ПЗ.
2.2. Критерії працездатності ПрЗ змінної структури
2.2.1. Загальній підхід до вибору критеріїв
Довільний елемент технологічної системи (ВПІД, формоутворювальної системи) верстата можна розглядати окремо лише в тому випадку, якщо при його виділенні зберегти всі зв'язки з системою. По аналогії з термінами механіки ці зв'язки можна назвати узагальненими реакціями системи. У загальному вигляді це функціонали часу, сил, переміщень, температури та інших параметрів. Звідси випливає, що математична модель (ММ) ПрЗ являє собою просторово-часову модель рівноваги узагальнених реакцій системи і впливу з боку загальної системи верстата. Оскільки основна характеристика верстата - точність ?, то ММ ПрЗ можна уявити однозначно:
, (2.1)
або в явному вигляді стосовно точності:
, (2.2)
де - вектор узагальнених впливів з боку загальної частини системи верстата (від приводів, різання, кінематичні, температурні та інші).
- вектор узагальнених реакцій зв'язку ПрЗ (статичні і динамічні деформації, похибка закріплення);
- вектор параметрів ПрЗ, враховуючи похибки розмірів, властивостей матеріалів деталей та ін.
Інша, не менш важлива характеристика верстата - продуктивність - для ПрЗ має аналог швидкості виконання циклу затиск - розтиск і входить в модель параметром X.
Структурне представлення (2.1) та (2.2) зображене на рис. 2.1; воно не суперечить представленню динамічної пружності системи верстата (ПСВ) за В.А. Кудіновим. Критеріальні ММ ПрЗ тією чи іншою мірою відображають форми запису (2.1), (2.2) і відрізняються лише повнотою їх відтворення і мірою деталізації внутрішньої структури і реакції зв'язків. Відсутність більш достовірних даних про точну форму (2.1) приводить до спрощення моделі поділом її на складові (рис. 2.1, б):
; ; i=1, 2, ..., m. (2.3)
Рис. 2.1. Загальне представлення ММ забез