Прикладная программа расчета виброактивности дереворежущих станков

ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА ВИБРОАКТИВНОСТИ ДЕРЕВОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Воробьев А.А.

The developed applied program of account of the cores a component of vibration of woodworking machines is presented.

При проектировании современного деревообрабатывающего оборудования необходимо учитывать влияние значительного количества различных факторов. Поэтому целесообразным в процессе проектирования нового оборудования является использование методов имитационного моделирования объекта разработки с целью выявления зависимостей и дальнейшей оптимизации конструктивных параметров.

Помимо стандартных расчетов на прочность и жесткость необходимы динамические расчеты, в результате которых определяются критические частоты вращения, что позволяет проверить систему на близость к резонансу, наступающему при совпадении собственной и вынужденной частоты колебаний. А также определить значения основных компонент вибрации - виброскорости и виброускорения, характеризующих динамику работы шпиндельной сборочной единицы (ШСЕ).

Рассмотрим динамическую модель шпинделя механизма резания дереворежущего станка в виде наиболее распространенной компоновки - трехмассо-вой системы, представленной на рисунке 1.

m, I m2 I гпз, I

m - приведенная масса; I - приведенный момент инерции; Ci - элементы составляющей жесткости опоры; L, a, b, c, l - линейные параметры механизма резания.

Рисунок 1 - Динамическая модель механизма резания

Для описания динамики работы конструкции механизма резания экспериментальной установки, составлена морфологическая функция координатного перемещения шпинделя

f

в которую входят неизвестные параметры:

/ (щ) - функция технологических свойств обрабатываемого материала;

/ (Яь) - функция радиального биения шпинделя;

/(07^) -функция допуска соосности посадочной поверхности подшипников определяемого по методике и рекомендациям, изложенным в ГОСТ 332585;

/ ^) - функция допуска формы и расположения поверхностей;

/(врег) - функция конструктивного и технологического дисбаланса шпиндельной сборочной единицы (ШСЕ), определяемого по нормативам, приведенным в ГОСТ ИСО 1940.1-2007;

/ (У) - функция статического прогиба шпинделя;

/ (1Т, и) - функция допуска линейных размеров отверстий и валов характерных контактных пар ШСЕ.

Описание входящих в формулу 1 параметров приведено в работе [1]. В результате получим математические модели для компонент вибрации виброскорости, Узр и виброускорения, ЛР.

Математическая модель для компоненты виброскорости имеет вид

у = n • di • Z ^^ 60 •

n 2

N

N IT

Zf;

dx

+

1

M u

i I

dy

M Ut:1J0

r'J.

+

1

nk-1

f nt \

(Zx;) Vi=1 J

КГ^ 0(К  Х + к1) ,

где Узр - скорость в локальной интегральной энергонасыщенной точке (ИЭТ) механизма главного движения;

Х - составляющие компоненты виброскорости: радиальное биение, допуск

соосности, дисбаланса, прогибов и допуска линейных размеров.

щ - коэффициент, зависящий от количества входящих компонентов хг

Виброускорение в экстремальной интегральной точке, принадлежащей механизму главного движения в области опор качения на поверхности корпуса ШСЕ для уравнения можно записать в виде функции

Ap =

n • d • z 2 n

60 • (d0 - d) 2

1 I N IT 1 •lli-

dx

N l • x + ki)

+

i f M it

- •lif-lJ

dy

M l bio

r> J_

+

1

nk-1

(nk \ lZx,

V,=1

На основании полученных выше теоретических положений была разработана авторская программа «SHAFT», написанная на языке программирования Borland Delphi 7, которая позволяет определять основные вибрационные и динамические параметры шпиндельных сборок по их линейно-массовым характеристикам на стадии проектирования.

Укрупненная блок-схема алгоритма программы представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Укрупненная блок-схема алгоритма программы «SHAFT»

Результаты расчета в программе «SHAFT», представлены в оконной форме на рисунке 3.

V SHAFT

ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ

Виброскорость, У$р= 10,812

Виброскорость, Угпр= 10,511

Виброскорость, \/|р= 10,274

Виброускорение, А$р= |6,217

Виброускорение, Агпр= 14,476

Виброускорение, А1р= 12,147

Первая критическая частота, р1 = |6504,047

Вторая критическая частота, р2= |12851,124

Третья критическая частота, рЗ= |74688,871

Рабочая частота, п= |1600,000

Шероховатость, Нгш= |57,400

Коэффициент динамичности, Кс!= 11,064

мм/с мм/с мм/с м/сл2 м/сл2 м/сл2 1 /мин 1 /мин 1 /мин 1 /мин мкм

ВЫХОД

НАЗАД

НОВЫЙ РАСЧЕТ

Рисунок 3 - Результаты расчета в программе «SHAFT»

На основании выполненного расчета видно, что система представлена в антирезонансном режиме (на основании сравнения определенных значений критических частот). Компоненты вибрации определялись на трех уровнях:

Vvs(a), Avs(a) - соответственно виброскорость и виброускорение пиковое (в экстремальной интегральной точке (ИЭТ), принадлежащей механизму главного движения в области опор качения на поверхности корпуса ШСЕ);

Vvm(a), а™ (а) - соответственно виброскорость и виброускорение среднее (в локальной средней точке, принадлежащей базовым поверхностям механизма базирования, механизма подачи);

Vvl(a), Avl(a) - соответственно виброскорость и виброускорение низшие (в локальной низшей точке, принадлежащей несущей системе, опорным поверхностям станка, зеркалу фундамента);

Моделирование в программе «SHAFT» позволяет оптимизировать конструкции механизмов резания и подачи по условию минимизации компонент вибрации на стадии проектирования деревообрабатывающих станков.

Литература

1. Воробьев, А.А. Установление зависимости шероховатости поверхности древесины от показателей вибрации станка [Текст]/А.А. Воробьев, Ю.А. Филиппов // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2010. - № 2. - С.6-7.