Разработка методических рекомендаций оценки переходного процесса при механообработке крупногабаритных изделий

ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2017 №1(22), С. 54-58

УДК 621.7

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ОЦЕНКИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ МЕХАНООБРАБОТКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

© 2017 В.Т. Саункин*, И.Р. Григорьев**, О.Е. Драка*

* Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл., Россия

** Филиал ОАО «АЭМ-технологии «Атоммаш» в г. Волгодонске, Волгодонск, Ростовская обл., Россия

В работе рассматривается проблема контроля и оценки переходного процесса при механообработке крупногабаритных изделий атомного машиностроения. Механическую обработку изделий предлагается рассматривать как процесс резания в замкнутой технологической системе «станок - приспособление - инструмент - деталь» (СПИД). Предложена методика оценки времени переходного процесса, исходя из заданной ошибки измерения в динамическом режиме работы системы.

Ключевые слова: атомное энергетическое машиностроение, система «станок -приспособление - инструмент - деталь», переходный процесс, инерционность, качество обработки изделий.

Поступила в редакцию: 15.03.2017

Рассматриваемая система относится к электромеханическим, в которых большое значение имеет инерционность движущихся и вращательных частей. Инерционность и другие факторы могут быть причиной нарушения устойчивости работы системы и негативно сказаться на качестве обработки изделий во время переходного процесса.

Для составления модели процесса резания рассмотрим схему точения с одной степенью свободы. С целью упрощения расчета система СПИД представлена одномассовой системой с массой т, связанной упругой связью, имеющей жесткость С и коэффициент демпфирования X, со станиной станка (рис. 1).

Рис. 1. - Схема модели процесса резания изделия в замкнутой технологической системе СПИД

© Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2017

Суппорту станка сообщается перемещение на заданную глубину резания ^ (по лимбу станка). В результате упругих деформаций системы под действием силы резания фактическая глубина резания ^ будет меньше поперечной подачи на величину упругих деформаций у:

и=*>~У- С1)

Уравнение движения одномассовой системы имеет вид:

<12У , ¿у

т—+ А— + СУ = Р,

Ш Л

где Р - сила резания.

Процесс резания для упрощения модели с учетом малых значений постоянной где кр - коэффициент передачи звена.

времени стружкообразоваиия (Тр = 10~4... 10~3 с) представим безынерционным:

Р = кр1ф,

Таким образом, замкнутая технологическая система СПИД будет представлена в

виде следующей модели:

t ф = з

У,

¿2У 1 ¿У

т—+ X — + су = Р,

dt2 dt У , ф

Для дальнейшего исследования системы с помощью ЭВМ необходимо данную модель (4) привести к модели в пространстве состояний с помощью преобразования Лапласа. Для этого получим значение Ъф Из выражения (1) имеем:

(Йг

тогда

У = —

1 ф

у

ф

сй

2 •

Подставим уравнения (5), (6) и (7) в выражение (2):

ш

ф

dt

2

X-

1ф

<Лф=Р.

Подставим уравнение (3) в выражение (8):

- ш

ф

-X-

ф

¿Г

+ с*з "СЧ =кр*ф-

Преобразуем выражение (9):

2

(1 и ёи

- т—Х-^- -

да

Представим уравнение (10) в операторной форме:

2

шр tф + Мф +

Освободимся от коэффициента возле свободного члена уравнения (11):

ш ? X с!:,,

р +-р + 1 =-5-.

С + К/ С + Кр (с + кр)1ф

Фактическую глубину резания находим из уравнения (12):

<Ф= 2 , . 03)

тр + Ар +

Выражение (13) является общим уравнением для исследования рассматриваемой системы СПИД.

Чтобы использовать уравнение (13) в программах для исследования системы СПИД необходимо избавиться от коэффициента р (в знаменателе получим полином):

_ <*3 1

р +—р +-—

т т

ct з

где-- коэффициент усиления.

m

Для исследования системы СПИД используется программа Mathcad. Исходные данные для этой программы представлены матрицей объекта размером (2*2). В нее входят коэффициенты полинома из знаменателя уравнения (14). Первая строка матрицы А всегда имеет вид как в нижеприведенной формуле, где 1 - это коэффициент при р2:

А =

0 1

к .

m m

Вторая строка матрицы А представляет собой коэффициенты остальных членов полинома, взятые с обратным знаком. Причем, на первом месте стоит коэффициент при свободном члене, а на втором - коэффициент при P. Элементы матрицы в программу вводятся построчно.

Предлагаемая методика апробирована на реально существующей системе СПИД со следующими параметрами: m = 25000 кг; c = 10000 Н/м; X = 2000 кг/с; kp = 0,75 Н/мм; ^ = 0,003 м.

График переходного процесса в системе показан на рис. 2.

Как видно из графика, переходный процесс в системе колебательный затухающий. По графику можно определить время окончания переходного процесса и наступления установившегося режима в системе. Задаваясь допустимой ошибкой установившегося режима, можно определить время окончания переходного процесса системы и, следовательно, включения обработки изделия.

Zu, 1

tmax tmin

t3

0

A

l\

A A

ft i

1 1A f\ i \ /

\J Л i \

1 v V

у

0 12.143 24.286 36.429 48.571 60.714 72.857 85 97.143 109.286 121.429 133.571 145.714157.857 170

Zu,0

Рис. 2. - График переходного процесса системы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Советов, Б.Я. и др. Моделирование систем: учебник для вузов [Текст] / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - М.: Высш. шк., 2005. - 343 с.

2. Кудрявцев, Е.М. Компас - 3Д. Моделирование, проектирование и расчет механических систем [Электронный ресурс] / Е.М. Кудрявцев. - Электрон. текстовые данные. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 400 с.

3. Гуськов, А.М. и др. Устойчивость положений равновесия механических систем под действием неконсервативных (циркуляционных) сил [Электронный ресурс]: учебное пособие по курсам «Основы прикладной теории механических колебаний», «Теория устойчивости движения механических систем» / А.М. Гуськов, Т.Я. Пановко. - Электрон. текстовые данные. - М.: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, 2013. - 53 с.

4. Шефер, К. Теоретическая физика. Том 1. Часть 1. Общая механика. Механика твердого тела [Текст] / К. Шефер. - Санкт-Петербург, Книга по требованию, 2012. - 447 с.

5. Шефер, К. Теоретическая физика. Том 2. Часть 1. Общая механика. Механика твердого тела [Текст] / К. Шефер. - Санкт-Петербург: Книга по требованию, 2012. - 448 с.

6. Саргосян, А.Е. Сопротивление материалов, теории упругости и пластичности [Текст] / А.Е. Саргосян. - М.: Высшая школа, 2000.

7. Филин, А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела [Текст] / А.П. Филин. - М.: Наука, 1981.

8. Охорзин, В.А. Прикладная математика в системе MATHCAD: учебное пособие. 3-е изд. [Текст] / В.А. Охорзин. - СПб.: Лань, 2009. - 352 с.

9. Гольдберг, О. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования [Текст] / О. Гольдберг. - М.: Высшая школа. 2001.

10. Кустов, Е.Ф. и др. Модуль упругости, поверхностного натяжения, адгезии, идеальная и реальная прочность твердых тел [Текст] / Е.Ф. Кустов, М.Е. Кустов, В.А. Антонов // ЖТФ. -2017. - Т. 87. - Вып. 4. - С. 563-569.

REFERENCES

[1] Sovetov B.Ia., Iakovlev S.A. Modelirovanie sistem: uchebnik dlia vuzov [Modeling of systems: textbook for higher education institutions]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2005, ISBN 5-06-003860-2, 343 p.

[2] Kudriavtsev E.M. Kompas - 3D. Modelirovanie, proektirovanie i raschet mekhanicheskikh system [Compass - 3D. Modeling, design and calculation of mechanical systems]. Elektronnye tekstovye dannye [Electronic text data]. M. Pub. DMK Press, 2008, ISBN 978-5-94074-418-4, 400 p. (in

-3

-3

5.57143-10

5.14286x10

4.71429x10

4.28571x10

3.42857-10

-3

3x10

-3

2.57143x10

-3

-3

1.71429x10

-3

1.2857Ы0

-4

8.57143-10

4

4.28571x10

Russian)

[3] Guskov A.M., Panovko T.Ya. Ustoichivost polozhenii ravnovesiia mekhanicheskikh sistem pod deistviem nekonservativnykh

[4] Shefer K. Teoreticheskaia fizika [перевод]. Vol. 1. Chast 1 [Theoretical Physics. Part 1]. Obshchaia mekhanika. Mekhanika tverdogo tela [General mechanics. Mechanics of a solid body]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Kniga po trebovaniiu [Book on demand], 2012, ISBN 978-5-45849839-5, 447 p.

[5] Shefer K. Teoreticheskaia fizika. Vol. 2. Chast 1 [Theoretical Physics. Part 1]. Obshchaia mekhanika. Mekhanika tverdogo tela [General mechanics. Mechanics of a solid body]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Kniga po trebovaniiu [Book on demand], 2012, ISBN 978-5-45837433-0, 448 p.

[6] Sargosian A.E. Soprotivlenie materialov, teorii uprugosti i plastichnosti [Resistance of materials, theories of elasticity and plasticity]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2000. ISBN 5-06003866-1, Available at: sopromat.vstu.ru/metod/ucheb/ucheb_09.djvu

[7] Filin A.P. Prikladnaia mekhanika tverdogo deformiruemogo tela [Applied mechanics of a solid deformable body]. M. Pub. Nauka, 1981.

[8] Okhorzin V.A. Prikladnaia matematika v sisteme MATHCAD [Applied mathematics in the MATHCAD system]: Uchebnoe posobie [Manual]. 3-e izdanie [3rd edition]. Sankt-Peterburg [St. Petersburg]. Pub. Lan [Lan], 2009, ISBN 978-5-8114-0814-6, 352 p.

[9] Goldberg O. Perekhodnye protsessy v elektricheskikh mashinakh i apparatakh i voprosy ikh proektirovaniia [Transition processes in electrical machines and devices and questions of their design]. M. Pub. Vysshaia shkola [Higher School], 2001, ISBN 5-06-003844-0, 512 p.

[10] Kustov E.F., Kustov M.E., Antonov V.A. Modul uprugosti, poverkhnostnogo natiazheniia, adgezii, idealnaia i realnaia prochnost tverdykh tel [Module of elasticity, superficial tension, adhesion, ideal and actual durability of solid bodies]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki [Magazine of technical physics], 2017, Vol. 87, Vypusk 4 [Issue 4]. ISSN 0044-4642, DOI: 10.21883/JTF.2017.04.44317.2026, pp. 563-569.

Development of Methodical Recommendations of Transition Process Assessment When Processing Large-Size Products Mechanically

V.T. Saunkin*1, I.R. Grigoriev**2, O.E. Draka*3

* Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University "MEPhI", Lenin St., 73/94, Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail: VITIkafIUS@mephi.ru

1 ORCID iD: 000-0002-3462-4853 WoS ResearcherID: F-3352-2017; 3 ORCID iD: 000-0002-3397-6830 WoS ResearcherID: F-3316-2017

** Volgodonsk branch of JSC « AEM-technologies» «Atommash», Zhukovskoye shosse, 10, Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360

2 ORCID iD: 000-0002-5654-5021 WoS ResearcherID: F-3370-2017

Abstract - The problem of control and an assessment of transition process when processing large-size products of atomic mechanical engineering is considered in the work. Machining of products is offered to be considered as process of cutting in the closed technological system "machine -adaptation - tool - detail" (MATD). The technique of an assessment of transition process time, proceeding from the set measurement error in a dynamic operating mode of system is offered.

Keywords: atomic power engineering, "machine - adaptation - tool - detail" system, transition process, lag effect, product processing quality.