Tiểu luận Phân tích tính năng động của mô hình va cọc xay xát cơ giới để tối ưu hóa hoạt động cắt

1 Phân tích tính năng động của mô hình va cọc xay xát cơ giới để tối ưu hóa hoạt động cắt Tóm tắt Máy công cụ trong tương lai có được hệ thống rất ổn định để duy trì năng suất, độ chính xác và độ tin cậy cần thiết. Cả hai hệ thống máy công cụ và hệ thống trục chính là cần thiết để tối ưu hóa cho khả năng gia công và thực hiện quá trình cắt gọt để đáp ứng yêu cầu về năng suất và những yêu cầu về chất lượng. Từ tốc độ cắt của trục chính và độ an toàn của nó. Trọng tâm của bài này là để hiển thị một phương pháp thiết kế tối ưu hóa hiệu suất cắt năng động của cọc bằng cách thiết lập mối quan hệ giữa chế độ cắt theo yêu cầu và nguyên tắc thiết kế cơ bản của một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ. Ngoài ra, ảnh hưởng của việc thực hiện cắt trục chính, được xác định bởi các thông số dụng cụ (chẳng hạn như giao diện người giữ trục chính / công cụ, công cụ giữ khối lượng, vv) sẽ được hiển thị trong bài viết này. NOMENCLATU RE b cr c [mm] [Ns/mm] Chiều sâu cắt của trục Viscose giảm xóc c M [cm 3 /min/kW] Vật liệu cắt D Tool [mm] Công cụ đường kính F [N] Lực f n [Hz] Tần số tự nhiên f R [Hz] Tần số cộng hưởng f z [mm/rev] Chip mỗi răng G(j ω ) [mm/N] Chuyển giao chức năng động k k cb MRR cr [N/mm] [N/mm 2 ] [cm 3 /min] Độ cứng Hệ số cắt động cụ thể Tỷ lệ loại bỏ các tài liệu quan trọng n Base [rpm] Tốc độ cơ bản của trục chính P cr [kW] Critical máy điện P S1 [kW] Trục chính điện liên tục S pe Yếu tố hiệu suất cắt trục chính Y [mm] Displacement phản ứng z Số răng z avg Số răng cắt ξ Tỷ lệ damping µ Hệ số chồng chéo của máy (máy pháy µ = 1) P S = 2 Giới Thiệu Hai phương pháp thử nghiệm phổ biến để đánh giá hiệu suất cắt của cọc và các hệ thống máy công cụ đang được áp dụng trong ngành công nghiệp ngày nay [1, 2, 3, 4]. Phương pháp đầu tiên xác định sự sẵn có của các quy định liên tục điện PS1 trục chính đánh giá cao nhất trên một phạm vi tốc độ nhất định thông qua việc thực hiện cắt giảm mã lực. Phương pháp thứ hai là để dự đoán hoặc thực hiện một loạt cắt giảm thử nghiệm với một công cụ xác định và nguyên liệu phôi để xác định các khu tốc độ nói nhảm miễn phí cắt (lubing sơ đồ) và chiều sâu quan trọng trục của cut [5, 6, 7, 8]. Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều bị ảnh hưởng bởi một loạt các thông số cắt, chẳng hạn như điều kiện hao mòn công cụ, công cụ hình học, vv… các phương pháp có thể thiết lập so sánh trực tiếp việc thực hiện cắt giữa việc thiết kế trục chính khác nhau và cũng không thể được áp dụng trong khái niệm thiết kế giai đoạn của máy công cụ và / hoặc hệ thống trục chính. Để so sánh thiết kế trục chính phay hoặc khái niệm độc lập từ các yêu cầu ứng dụng của chúng cũng như quyền lực của chúng và đặc điểm tốc độ khác nhau, một phương pháp đã được thiết lập cho phép xác định tốc độ trục chính có sẵn mà có thể được sử dụng để loại bỏ được tiếng ồn ở bất kỳ tốc độ trục chính nhất định. Nói cách khác, trục chính cắt Spe hiệu suất có thể được định nghĩa là tỷ số giữa công điện PCR quan trọng mà có thể được sử dụng để loại bỏ vỏ gô bào, không tiếng ồn, tại n Base trục chính tốc độ cơ sở cho một vật liệu phôi nhất định, và nguồn năng lượng có sẵn trục chính liên tục P S1 : P c r pe S1 The critical machining power P cr is determined with: (1) P cr = MRR cr .c M (2) while the Critical Material Removal Rate (MRR cr ) is: MRR cr = b cr .f z .z.n Base .D Tool Bảng 1: Ví dụ cho c M và giá trị KCB đối với nguyên liệu thường được gia công. (3) Material c M [cm 3 /min/kW] k cb [N/mm 2 ] Aluminum 70 83 Gray Cast Iron 40 200 Alloy Steel 30 355 Titanium 25 387 Chiều sâu trục quan trọng của bcr giá trị điểm cắt được xác định thông qua các tiêu cực tối đa Remax phần thực {G (jω)} neg chức năng chuyển giao năng động của một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ (Hình 1) [5]. Giá trị này phản ánh một điều kiện trò chuyện cắt miễn phí trên toàn bộ dải tốc độ trục chính của một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ. Sự ổn định cũng được biết đến thùy sơ đồ, công thức dự đoán. Hình 1: Ví dụ về các phần tối đa thực tế tiêu cực của một chức năng chuyển giao năng động cho một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ. sự ổn định của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ như là một chức năng của tốc độ trục chính cho thấy giá trị này (Xem hình 2) [9, 10, 11]. Khu vực gây ra tiếng ồn được tùy thuộc vào phạm vi tốc độ trục chính được lựa chọn. Tuy nhiên, { } bằng cách chọn một độ sâu trục cắt bằng hoặc nhỏ hơn so với độ sâu trục quan trọng cắt, điều kiện cắt giảm tiếng ồn có thể đạt được. Giá trị này được xác định cho một cắt xẻ rãnh thông qua mối quan hệ: b cr = (1 + µ).k cb .z avg 1 . Re G( j ω ) neg max . (4) Bảng 1 cho thấy giá trị cho k cb cụ thể năng động, hệ số cắt cho vật liệu thường được gia công. Trục chính cắt Spe giá trị thực hiện xác định số tiền của quyền lực trục chính có sẵn, có thể được sử dụng để loại bỏ con chip. Nếu Spe là nhỏ hơn 1, liên tục có trục chính điện PS1 chỉ có thể được sử dụng một phần để loại bỏ chip. Hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ sẽ gây ra tiếng ồn trước khi đến liên tục tối đa của nó PS1 điện trục chính. Nếu Spe bằng / hoặc lớn hơn 1, điện tối đa liên tục trục chính có thể được sử dụng hoàn toàn để loại bỏ chip theo không có điều kiện gây tiếng ồn. Như thể hiện trong các phương trình trên trục chính cắt Spe hiệu suất không chỉ chịu ảnh hưởng bởi các đặc tính thiết kế trục chính và trục chính / công cụ chủ / công cụ cấu hình hệ thống (| Re {G (jω)} neg | max), mà còn bởi cắt các thông số lựa chọn như các chip cho mỗi tốc độ răng trục chính, và các tài sản vật chất của phôi. Để tối ưu hóa hiệu suất cắt trục chính tất cả các thông số trên ảnh hưởng phải được xem xét. Ví dụ, việc thực hiện cắt với trục chính / công cụ chủ / hệ thống công cụ có thể được tăng lên từ Spe = 0,7 S pe = 1 bằng cách đơn giản tăng chip mỗi răng từ 0,13 mm / vòng 0,18 mm / vòng. Hình 2: Ví dụ về một sơ đồ thùy ổn định Tuy nhiên, bên cạnh việc thay đổi các thông số cắt công nghệ để tăng hiệu suất cắt của trục chính/ công cụ chủ/ công cụ hệ thống, bài viết này sẽ thảo luận về những ảnh hưởng liên quan đến thiết kế khái niệm xay cọc cũng như cấu hình của trục chính/ công cụ chủ/ công cụ hệ thống những buổi trình diễn tổng thể cắt trục chính. Điều này được thể hiện trên một ví dụ của một trục cơ giới phay tốc độ cao có thể được cấu hình với trục chính / công cụ chủ giao diện khác nhau cũng như các loại khác nhau của độ cứng. Mô hình năng động của các trục xay xát cơ giới tốc độ cao Để xác định ảnh hưởng của trục chính / công cụ chủ / công cụ cấu hình hệ thống của việc thực hiện cắt trục chính, một mô hình phần tử hữu hạn của một rpm 24.000 cơ giới / PS1 = 30 kW cao tốc độ trục chính được mô hình hóa bằng cách sử dụng ADAMS FEM-Software. Hình 3 cho thấy thiết kế khái niệm của trục chính phân tích. Trục chính này có thể được trang bị với các cấu hình khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu tốc độ trục chính tối đa và sức mạnh. Cấu hình như vậy là các giao diện trục chính / công cụ chủ, trục chính nguồn điện liên tục, loại chịu lực (thép-ball hoặc vòng bi gốm lai) cũng như giao diện công cụ trục chính / máy. Nhìn chung, các trục chính mô hình được thiết kế với 2 70 mm trong cuộc đua vòng bi phía trước đường kính gắn kết trở về trước, và là một trong 65 mm đường kính bên trong cuộc đua vòng bi đuôi gắn trong ống lót nổi là mùa xuân nạp chống lại hai vòng bi phía trước. Ngoài ra, để tăng Hình 3: Sơ đồ bố trí của 24.000 phân tích rpm, trục chính kW 30 tốc độ cao. Tổng thể trục chính xuyên tâm trục độ cứng cũng như preload trục mang phía trước, một ổ bi phía sau đã được thực hiện ở phía trước, đó là mùa xuân nạp chống lại các vòng bi phía trước hai như. Mang tải trước tổng số trục trục chính được thiết lập tại 1800 rotor của một động cơ cảm ứng loại N. được gắn trên trục trục chính. PS1 giới hạn nguồn điện liên tục là phụ thuộc vào nhiệt, được tạo ra trong stator và rotor. Trong khi nhiệt tạo ra trong phần tĩnh có thể được loại bỏ thông qua những chiếc áo khoác nước, sức nóng của rotor có đi qua các vòng bi. Do giới hạn nhiệt độ của phenolic bóng lồng cũng như sức mạnh cần thiết của trục trục chính / can thiệp phù hợp với rotor, trục chính công suất tối đa liên tục 30 kW từ 5000 đến 24.000 rpm không thể vượt quá. Mô hình năng động của trục chính với FEA Dựa trên mô hình cơ học của thiết kế trục chính, thể hiện trong hình 3, một mô hình FEA của trục trục chính đã được phát triển bằng cách sử dụng ADAMS phần mềm (xem hình 4). Trục discreted bởi các yếu tố chùm với nhiều hình học phần khác nhau chéo. Các vòng bi tiếp xúc góc đã được đại diện bởi các yếu tố mùa xuân xuyên tâm và trục tuyến tính với độ cứng phù hợp và giảm xóc. Giao diện trục chính / công cụ chủ đã được trừu tượng hóa bằng hai lò xo ở phía trước và phía sau của bề mặt tiếp xúc cũng như một trong những yếu tố mùa xuân trục giữa trục chính và công cụ chủ, đại diện cho các kẹp móc kéo. Các bộ phận trục chính, không góp phần vào độ cứng trục chính đã được đơn giản là những khối điểm và thêm vào trục trung tâm của lực hấp dẫn. Lợi dụng của ADAMS, giảm xóc lò xo và các phần tử hữu hạn có thể được tính một cách dễ dàng và thay đổi. Thông qua việc áp dụng một lực lượng xung ảo ở mũi công cụ mô hình hóa, dữ liệu cần thiết để tính toán việc tuân thủ năng động của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ có thể được xác định. Hình 4: FEA mô hình trục chính. XÁC ĐỊNH HỆ THỐNG TRỤC / GIÁ ĐỠ DỤNG CỤ/ BỘ PHẬN GIẢM XÓC Mỗi hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ bao gồm nhiều thành phần cơ khí, được kết lại với nhau và có thể được đại diện trong một mô hình động như các yếu tố khối lượng, lò xo và giảm xóc. Trong khi khối lượng và độ cứng mùa xuân, xác định fn tần số tự nhiên của hệ thống, các yếu tố giảm xóc, đại diện bởi tỷ lệ giảm chấn , chỉnh tăng cộng hưởng của biên độ dao động và cùng với nó, độ cứng hệ thống năng động. Vì vậy, việc xác định tỷ lệ giảm chấn địa phương hoặc địa phương viscose c giá trị giảm chấn của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ, có nghĩa hết sức quan trọng để mô hình hóa độ cứng tổng thể năng động của một trục chính. Nói chung, tỷ lệ giảm chấn ξ của một hệ thống năng động có thể được xác định bằng cái gọi là √ 2 - phương pháp từ các đường cong tuân thủ năng động của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ (xem hình 5) [4]. Bằng cách xác định việc tuân thủ tối đa của hình chế độ phân tích | 1 / k | FR và nhân với 1 / √ 2 hai tần số f1 và f2 có thể thu được. với R t ff .2 12 − = ξ (5) tỷ lệ giảm xóc của chế độ phân tích có thể được xác định Hình 5: √ 2-phương pháp để xác định tỷ lệ giảm xóc Giống như hầu hết các phần mềm mô hình FEA, ADAMS yêu cầu viscose giảm xóc c, như là một mô hình giá trị đầu vào. Biết tỷ lệ giảm xóc ξ cũng như tần số tự nhiên fn của chế độ phân tích (Real một phần của bằng FRF 0), giá trị viscose giảm xóc c có thể được tính toán với: n f k c 2 ξ = (6) Phương pháp này thường có thể được sử dụng cho mỗi gia tăng cộng hưởng của một đường cong tuân thủ đo năng động. Đối với một điều kiện biên, án phải được thực hiện cho dù sự tuân thủ của các vị trí được kiểm tra, ngoài ra, vật chất bị ảnh hưởng bởi các điểm cộng hưởng lân cận. Sự khác biệt tần số cần thiết giữa các tần số cộng hưởng lân cận giảm khi tỷ lệ giảm xóc giảm, tức là với một lây lan hẹp của sự gia tăng cộng hưởng. Việc xác định tỷ lệ giảm chấn ξ cho một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ từ đường cong tuân thủ năng động của nó bằng cách sử dụng √ 2-phương pháp chỉ có thể cho các điều kiện rõ rệt duy nhất có khối lượng rung, tức là chỉ khi các đỉnh cộng hưởng duy nhất đang xảy ra đến nay từ mỗi khác. Để xác định tỷ lệ giảm xóc giữa giao diện trục chính / công cụ chủ, một lan rộng của các đỉnh núi cộng hưởng của các hội đồng tool- holder/tool và hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ đã được thành lập. Như là một hội công cụ / công cụ chủ, 2-rãnh carbide rắn cuối cùng nhà máy với công cụ có đường kính 25,4 mm đã được thực hiện vào một CAT # 40-côn shrink-fit loại công cụ chủ với một nhô ra của 76 mm (L / D = 3:1). Giao diện công cụ / công cụ chủ này có một tỷ lệ thấp năng động giảm chấn và độ cứng cao hơn so với các loại collet-chuck công cụ chủ. Ngoài ra, tổng khối lượng của công cụ này lắp ráp công cụ chủ / là khoảng 20% ít hơn so với lắp ráp collet chuck công cụ chủ đi, dẫn đến thêm một sự thay đổi tần số cộng hưởng của chế độ công cụ / công cụ chủ đi từ trục chính / tool-holder/tool chế độ tần số cộng hưởng. Các chức năng tuân thủ năng động đã thu được thông qua việc đo phần thực (Re {G (jω)}) và một phần tưởng tượng (Im {G (jω)}) FRF (đáp ứng tần số chức năng) bằng cách sử dụng kích thích tác động ở mũi của công cụ này và áp dụng các phương trình các giá trị đo. Các kết quả của các phép đo có thể được nhìn thấy trong hình 6. { } { } 22 ))((Im))((Re )( 1 ωω ω jGjG k += (7) Hình 6: Xác định tỷ lệ giảm xóc ξ của đường cong tuân thủ năng động bằng cách áp dụng √ 2-phương pháp Một số chế độ xuất sắc có thể được nhìn thấy ở đây. Phân tích thông qua việc tính toán phần tử hữu hạn cho thấy chế độ xung quanh 512 Hz là chế độ trục chính uốn cong, được nhắc đến trong bài báo này là chế độ trục chính / công cụ chủ / công cụ. Các chế độ tiếp theo cao nhất tại 1027 liên quan đến việc lắp ráp công cụ / công cụ chủ và được gọi là chế độ tool-holder/tool. Dựa trên các phép đo FRF và √ được hiển thị ở trên 2 phương pháp luận, tỷ lệ giảm xóc ξ cho giao diện trục chính / công cụ chủ có thể được tính là 0,048. Sự Phù Hợp Động Năng Phương thức lý thuyết thử nghiệm đã được sử dụng thành công để tính toán tần số của các cấu trúc máy công cụ [12]. Một tần số bao gồm các đặc tính biên độ tần số (năng động, tuân thủ) và đặc tính pha tần số của một hệ thống. Phân tích tần số đặc trưng quan trọng là để đạt được một sự hiểu biết về hiệu suất năng động của một hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ đặc biệt là khi tốc độ trục chính có một phạm vi hoạt động rộng. Chức năng phản ứng năng động hơn nữa có thể được sử dụng để tính toán ổn định, sơ đồ để đánh giá hiệu suất trục chính năng động. Toán học, giả sử rằng nếu lực lượng tác động hoạt động trên mũi công cụ là F (t), phản ứng di chuyển của các mũi nhọn công cụ là Y (t), sau đó tuân thủ năng động G (jω) các trục chính được định nghĩa là [...]... tạp của S F (jω), S FF (jω) là phổ điện tự động (thực), S YF (jω) là phổ công suất chéo (phức tạp) Độ lớn của G (jω) là việc tuân thủ năng động Mô hình đánh giá Để đánh giá các mô hình hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ FEA, đo lường bằng cách sử dụng tác động kích thích ở mũi công cụ đã được thực hiện Hình 7 cho thấy chức năng chuyển động (phần thực và phần ảo) của trục chính phân tích và mô. .. phân tích và mô phỏng mô hình FEA Khoảng 10 đến 20% sự khác biệt tồn tại do sự bỏ qua của mô hình hình học chi tiết Mục đích của mô hình hóa và mô phỏng FEA là không chỉ để xác định xu hướng mà còn ảnh hưởng đến các thông số thiết kế (độ cứng chịu lực, trục chính / độ cứng giao diện công cụ chủ và giảm xóc, công cụ hình học, vv) về việc thực hiện cắt, hiện có sai lệch nhỏ của mô hình FEA là không đáng... tổng thể trục chính cắt Trong cả hai trường hợp, cắt trục chính hiệu suất cho trục chính phân tích đã được xác định như Spe ≈ 0,46 Hình 12: Real và tưởng tượng các bộ phận của các chức năng chuyển giao năng động tính toán cho một shrink-fit và một loại công cụ thủy lực chuck chủ Các phân tích chế độ năng động hình dạng cho thấy bằng cách tăng khối lượng công cụ chủ, một sự khuếch đại của chế độ trục chính... không làm suy giảm kết quả phân tích KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nói chung, các yếu tố tính toán phân tích hữu hạn của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ cho thấy ba hình dạng chế độ thống trị, được minh họa trong hình 8 Với các điều kiện biên cho mô hình (độ cứng, khối lượng và phân phối giảm xóc viscose) chế độ đầu tiên, chế độ trục chính, Hình 7: So sánh các chức năng chuyển động giữa các kết quả kiểm... hưởng của các loại công cụ chủ đến việc thực hiện cắt trục chính đã được phân Tail Bearing tích thông qua mô hình hóa ba khác nhau trục chính / công cụ chủ giao diện (CAT # 40, HSK-63A và HSK80F) trên trục mô tả ở trên Tất cả các giao diện này phân tích có thể được thực hiện trên một trục chính với một mang 70 mm phía trước đường kính bên trong Các kết quả của các phân tích này được thể hiện trong hình. .. nhìn thấy Hơn nữa, việc thực hiện cắt năng động cho mô hình ở trên trục chính / công cụ chủ / công cụ hệ thống sẽ tăng 180% cho một giao diện HSK 63A, do dự đoán nhỏ hơn một phần tối đa thực tế tiêu cực của FRF (-7,1 x 10-5) Điều này cải thiện trong các buổi biểu diễn cắt năng động cũng như độ cứng động của các công cụ và công cụ chủ chủ yếu là do phù hợp đồng thời của mặt bích công cụ chủ và taper... tăng của khối lượng công cụ chủ chỉ có một ảnh hưởng nhỏ về việc thực hiện cắt trục chính Hình 12 cho thấy các phần thực và tưởng tượng của việc chuyển giao năng động tính toán chức năng shrink-fit và các loại thủy lực công cụ chủ sở hữu Trong trường hợp của shrink-fit loại công cụ chủ, chế độ thứ ba (toolholder/tool chế độ) thống trị trục chính cắt giảm hiệu suất (tối đa tiêu cực thực sự một phần của. .. đồng thời cũng cung cấp cho các loại HSK giao diện thời điểm một khả năng uốn cao hơn Bên cạnh những ảnh hưởng của giao diện trục chính / công cụ chủ, năng động tính toán FEA để xác định ảnh hưởng của khối lượng công cụ chủ với đặc điểm năng động tổng thể của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ đã được thực hiện là tốt Những phân tích được dựa trên ba CAT giống hệt nhau # 40 loại công cụ chủ sở... lớn của các rung động (trục chính đuôi) chỉ có thể được xác định thông qua chức năng chuyển giao chéo của hệ thống trục chính / công cụ chủ / công cụ (xem hình 14) Nói chung, nó được khuyến khích để tăng độ tin cậy trục chính, các rung động trục chính đuôi nên được giảm bớt thông qua công cụ nhẹ / công cụ chủ quần chúng Để xác định ảnh hưởng của độ cứng chịu lực trục chính đến các hành vi tác động của. .. chính / công cụ chủ / công cụ cho một loại công cụ thủy lực chuck chủ Hình 14: Real và tưởng tượng các bộ phận của chức năng chuyển giao chéo của trục chính phân tích với các loại công cụ thủy lực chuck chủ Theo hệ thống tổng thể và hiệu suất cắt của nó Tần số cộng hưởng của chế độ trục chính / công cụ chủ / công cụ cũng như tuân thủ của mình tăng lên Hơn nữa, chế độ thống trị nhất (tool-holder/tool chế . 1 Phân tích tính năng động của mô hình va cọc xay xát cơ giới để tối ưu hóa hoạt động cắt Tóm tắt Máy công cụ trong tương lai có được hệ thống rất ổn định để duy trì năng suất, độ. của độ cứng. Mô hình năng động của các trục xay xát cơ giới tốc độ cao Để xác định ảnh hưởng của trục chính / công cụ chủ / công cụ cấu hình hệ thống của việc thực hiện cắt trục chính, một mô. tâm của bài này là để hiển thị một phương pháp thiết kế tối ưu hóa hiệu suất cắt năng động của cọc bằng cách thiết lập mối quan hệ giữa chế độ cắt theo yêu cầu và nguyên tắc thiết kế cơ bản của