РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ТА ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Основними елементами динамічної системи верстата, що взаємодіють між собою є
пружна система верстата, робочі процеси тертя, різання, а також процеси, що
відбуваються в двигунах [59, 84, 109, 121]. Кожний з цих елементів, з деякими
допущеннями, може розглядатися окремо при дослідженнях характеристик динамічної
системи верстата. Вплив складових на показники динамічної якості системи
неоднаковий і залежить від конкретних вхідних умов (параметрів) функціонування
вибраної ТОС.
Відповідно, для всебічного аналізу частки впливу кожного елемента динаміки ТОС
на кінцевий параметр якості системи необхідно визначити рівень його важливості.
Крім того, незалежність розгляду елементів динаміки ТОС теж неоднакова. Якщо
скористатися лінеарізованою математичною моделлю процесу різання [59] для умов
вільного точіння різцем з прямолінійною різальною кромкою динаміка процесу
різання (1.3) залежить тільки від геометрії різця, параметрів режиму різання,
умов стружкоутворення та характеристик оброблюваного і інструментального (в
меншій мірі) матеріалів без конкретизації характеристик пружної системи
верстата. І навпаки, вплив пружної системи верстата може бути визначено тільки
при розгляді чітко визначених параметрів конструкції основних вузлів верстата,
пристосувань, інструмента, форми, розміру та способу встановлення деталі.
Таким чином, для теоретичного аналізу взаємовпливу динамічної системи верстата
і спрацювання різця необхідно:
Перед аналізом процесу різання – встановити обмеження, що накладають на процес
різання умови обробки, що розглядаються у роботі, діапазони зміни парметрів
режиму різання, геометрії, механічних характеристик оброблюваних матеріалів.
Перед аналізом динаміки пружної системи – визначити (експериментально) основні
динамічні параметри вибраного для дослідження верстата з встановленими
пристосуваннями, інструментом (різцем) та параметрами заготовки.
Верстат, на основі пружної системи якого, була побудована динамічна модель
взаємовпливу спрацювання різця, віброактивності і умов токарної обробки
різанням – універсальний токарний верстат КА-280, вибраний з метою
конкретизації вхідних параметрів моделі. Відповідно, у розділі 2 визначено
основні динамічні характеристик даного верстата та для порівняння - токарного
верстата з ЧПК підвищеної точності 16К20Ф3РМ132.
2.1. Відображення та обробка отриманого віброакустичного сигнала (теоретичні
положення)
Вібраційний коливальний процес, що знімається з ТОС за допомогою відповідного
датчика, представляє собою широкосмугову вібрацію, що складається з суми
декількох вузькосмугових вібрацій та вібраційного шума [20, 23].
Вузькосмугова вібрація характерна для коливальних систем з однією ступінню
свободи, що знаходиться під дією широкополосної випадкової (стохастичної)
вібрації. Основна доля її енергії сконцентрована у одній або декількох відносно
вузьких смугах частот. Амплітуди цієї вібрації змінюються за випадковим
законом. Аналітичний вигляд вузькосмугової вібрації: ,
де f(t) і цa (t) – функції амплітуди та фази, що повільно змінюються відносно
sin юt; ю – середнє значення колової частоти.
Кореляційні функції і спектральні густини вузькосмугової вібрації мають вигляд
відповідно:
2.1
де б, в, г - постійні коефіцієнти.
Для спрощення алгоритма діагностування процесу обробки та формування
відповідної діагностичної ознаки скористаємося представленням сигнала, що
надходить з ТОС у діапазоні частот, які відповідають власній частоті коливань
складової ТОС – системи супорт-різець (“системи інструмента”).
Якщо розглядати коливання, що сприймає датчик по напрямку його осі, є
можливість представити їх (з деяким допущенням) як коливання системи з однією
ступінню свободи.
Вплив на таку систему (поведінка якої визначається рівнянням mx”+ kx’ + cx =
g(t)) збудження у вигляді одиничного миттєвого імпульса g(t) = q(t-t’), який
прикладено у мить часу t = t’ при нульових початкових умовах, викликає реакцію
у вигляді:
З цього рівняння випливає, що реакція даної системи має вигляд затухаючого
коливання з частотою власних коливань системи з демпфуванням. При невеликому
затуханні у системі (що характерно для вузлів верстатів) ця частота близька до
частоти власних коливань системи (без демпфування) і реакцію її є можливість
представити у вигляді:
При дії на систему періодичної послідовності збуджуючих силових імпульсів у ній
виникають перехідні процеси x(t) на власній частоті системи.
Процес різання, нерівномірний та періодичний, викликає низку послідовностей
силових імпульсів, які накладаються один на одного, утворює спектр
комбінаційних частот з огинаючою в формі резонансної кривої ідеального
гармонічного осцилятора.
Відповідно, при переході до системи з багатьма ступенями волі у різній мірі
реагують усі власні частоти, утворюючи широкосмугову вібрацію з окремими піками
на частотах системи.
Широкосмугова вібрація у аналітичному вигляді :
Вібраційний шум gf(t) – це коливання при змішаній модуляції (амплітудній та
фазовій). Він включає багато складових малої інтенсивності, параметри яких
точно визначити практично неможливо.
Кореляційна функція і спектральна густина широкосмугової вібрації визначаються,
як суми відповідних функцій (2.1) та відповідних середніх характеристик
вібраційного шума:
Частотний діапазон коливань, що розглядаеться у роботі (від 0 до 10000 Гц),
включає в себе всі нижні власні частоти складових пружної системи верстата,
зони низько- та високочастотних автоколивань процесу різання [50, 54, 59],
частоти періодичності процесів пластичної деформації при різанні [7]. Рівень
потужнос
- Київ+380960830922