Дослідницький комплекс для контролю якості зварних станин важких верстатів

Abstract

Застосування у металорізальних верстатах станин зварних конструкцій надає суттєві переваги по зниженню металоємності і підвищенню технологічності порівняно з литими конструкціями. Однак важливий недолік зварних станин полягає у наявності значних залишкових механічних напружень, зазвичай більших ніж в аналогічних литих станинах. Наявність цих напружень призводить до викривлення геометричної форми станини з плином часу, зі зміною температури, під впливом вібрацій та значних експлуатаційних навантажень. В деяких випадках внутрішні напруження можуть призводити до втрати статичної стійкості деякими стінками або перегородками станини. Така втрата стійкості обумовлює явище біфуркації викривлення геометричної форми станини, і робить неможливим виправлення геометричної форми за допомогою регульованих опор, що є звичайною операцією для станин важких верстатів. В даній роботі запропоновано спосіб виявлення елементів станини, що втратили статичну стійкість. Цей спосіб оснований на особливостях коливань механічних осциляторів з двома станами стійкої рівноваги, що відомі як осцилятори Дуффінга. В таких осциляторах при переході амплітуди коливань через точку біфуркації відбувається різка зміна частоти і спектрального складу коливань. Це показано в роботі на прикладі математичного моделювання коливань осциляторів з двома станами стійкої рівноваги. Факт різкої зміни параметрів коливань при перевищенні певної амплітуди обрано у якості критерію для визначення наявності у зварній станині елементів з двома стійкими станами рівноваги. За даним способом розроблено схему дослідницької установки і методику випробувань. Також запропоновано технологічні заходи для усунення виявлених у станині станів втрати статичної стійкості.The use of metal-welded structures in metal-cutting machines provides significant advantages in reducing metal consumption and improving processability compared to cast structures. However, an important disadvantage of welded beds is the presence of significant residual mechanical stresses, which are usually greater than in similar cast beds. The presence of these stresses leads to a distortion of the geometric shape of the bed over time, with temperature changes, under the influence of vibrations and significant operating loads. In some cases, internal stresses can lead to a loss of static stability by some walls or bed partitions. Such a loss of stability causes the bifurcation of the curvature of the geometric shape of the bed, and makes it impossible to correct the geometric shape with the help of adjustable supports, which is a common operation for beds of heavy machines. In this article, a method for detecting bed elements that have lost static stability is proposed. This method is based on the features of the oscillations of mechanical oscillators with two stable equilibrium states, known as Duffing oscillators. In this oscillators, when the oscillation amplitude passes through the bifurcation point, an abrupt change in the frequency and spectral composition of the oscillations occurs. This is shown in the work on the example of mathematical modeling of oscillations of oscillators with two stable equilibrium states. The fact of a sharp change in the oscillation parameters when a certain amplitude is exceeded is chosen as a criterion for determining the presence of the elements with two stable equilibrium states in the welded bed. For this method, a test equipment scheme and a test procedure have been developed. Also a technological methods to eliminate the states of static stability loss have been proposed.