Dynamika zespołów posuwowych szlifierek

Abstract

Zamieszczoną analizę teoretyczną dynamiki nawrotów stołów szlifierek wykorzystano do wyboru najkorzystniejszego, pod względem dynamicznym, przebiegu przyspieszenia stołu w czasie jego ruchu prostoliniowo-zwrotnego. Na podstawie zamodelowanego dynamicznego tarcia mieszanego i płynnego w stykowych prowadnicach, głównie metalowo-metalowych, przeprowadzono analizę teoretyczną samowzbudnych drgań relaksacyjnych i harmonicznych. Tą analizą objęto również tłumienie samowzbudnych drgań za pomocą tłumika, przyłączonego do drgającego zespołu posuwowego szlifierki. Na podstawie tej analizy wyznaczono warunki tłumienia drgań samowzbudnych, przy których prędkość krytyczna jest kilkanaście razy niższa niż bez tłumienia. W celu spełnienia tych warunków opracowano jedną koncepcję hydraulicznego tłumika drgań z automatycznym dławikiem szybkozmiennym, a drugą z automatycznym dławikiem wolnozmiennym. Wykorzystując opracowaną metodę obliczania hydraulicznych tłumików drgań przeprowadzono obliczenia, a następnie zaprojektowano i wyprodukowano oryginalny tłumik szybkozmienny oraz wolnozmienny. Oba tłumiki poddano badaniom doświadczalnym na stanowisku laboratoryjnym oraz szlifierce do płaszczyzn 3G71. Wyniki badań doświadczalnych potwierdziły opracowaną teorię oraz metodę obliczeń i wyprodukowane oryginalne konstrukcje tłumików. Udowodniono, że przyłączenie badanych tłumików spowodowało co najmniej dziesięciokrotne obniżenie prędkości krytycznej. Szczegółowe modele fizyczne hydraulicznych napędów stołu szlifierki 3G71: standardowego ( w wykonaniu fabrycznym) i o podwyższonej sztywności opisano równaniami ruchu dla dynamicznego tarcia mieszanego w prowadnicach stykowych. Te równania ruchu (modele matematyczne) zostały poddane badaniom symulacyjnym z wykorzystaniem komputerowego programu Matlab - Simulink. Wyniki badań symulacyjnych zweryfikowano badaniami doświadczalnymi hydraulicznego napędu standardowego i o podwyższonej sztywności. Wymienione badania obu napędów stanowiły podstawę do opracowania oryginalnej koncepcji dwuzakresowego napędu hydraulicznego: małe prędkości, tak zwane posuwy pełzające, przeznaczone do głębokiego szlifowania, a wyższe zakresy - prędkości do szlifowania tradycyjnego. Badania symulacyjne oraz doświadczalne tłumienia drgań wymuszonych wykonano na zmodernizowanej szlifierce kłowej do wałków z hydrostatycznymi prowadnicami stołu i wrzeciennika ściernicy oraz hydrostatycznie ułożyskowanym wrzecionem ściernicy. Przez cały czas badań przy dobiegu i szlifowaniu wgłębnym wprowadzano zewnętrzne drgania harmoniczne na wrzeciennik ściernicy. Do badań symulacyjnych wykorzystano model fizyczny oraz matematyczny układu szlifierka - przedmiot - ściernica (SPŚ). Niektóre parametry modelu fizycznego wyznaczono doświadczalnie, a pozostałe - analitycznie. Wykorzystując komputerowy program Matlab - Simulnik opracowano model funkcjonalny dla -modelu matematycznego układu SPŚ. Na tej podstawie przeprowadzono badania symulacyjne, które zostały zweryfikowane odpowiednimi badaniami doświadczalnymi. Tymi badaniami udowodniono, że proces wgłębnego szlifowania wałków ma znaczący wpływ na tłumienie drgań wymuszonych wrzeciennika ściernicy.The theoretical analysis of the reverse dynamics of the grinders' tables was applied to make a selection of the most dynamically efficient characteristics of an acceleration of the table versus time for to-and-fro motion. On the grounds of the mixed and viscous dynamical friction models in contact slideways (mainly metal-metal contact) the theoretical analysis of the stick-slip motion and harmonie motion was carried out. The analysis was extended on self-excited vibration damping by means of the damper attached to vibrating feed unit of the grinder. From that analysis the conditions of self-excited vibration damping were derived, by which the critical speed is much lower than without damping. To fulfil these conditions one construction of the hydraulic damper with automatic rapidly changeable damping and the second - with slowly changeable damping were created. Basing on the hydraulic damper calculation method these two kinds of dampers were designed and manufactured. Both dampers were examined experimentally on the laboratory rig and in the fiat grinder 3G7 l. The experimental results supported the theory and calculation method for the original constructions of the dampers. It was proved that attaching examined dampers caused at least 1 O-time lowering of the critical speed. Particular physical models of hydraulic drives of the 3071 grinder' s table - the standard one and the enhanced rigidity one - were mathematically described under conditions of mixed dynamical friction in the slideways. These mathematical equations (mathematical model) of motion were simulated by means of computer program called Matlab-Simulink. The results obtained from simulation were experimentally verified for both hydraulic drives. The performed research were basis for developing the original concept of bi-ranged hydraulic drive. Low speeds of feed - the creep feed is applied for high-depth grinding whereas higher speeds of feed - for conventional grinding. The simulation and experimental research of the forced vibration damping were performed on the modemised cylindrical grinder equipped with hydrostatic slideways of the table and grinding wheel headstock and hydrostatic bearing of the grinding wheel spindle. During idle in-feed and plunge grinding the external harmonie vibrations were introduced to the headstock of the grinding wheel. For simulation the physical and mathematical model of the Grinder-WorkpieceGrinding Wheel (GWGW) system was used. Some parameters of the model were derived experimentally and others - analytically. By means of MatlabSimulink system the functional model was achieved. That model was used to perform simulation followed by experimental verification. The research proved that cylindrical plunge grinding influences forced vibration of the grinding wheel headstock strongly.