Разработка и исследование метода автоматической компенсации тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ

• Автор: Нифагин, Сергей Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 223 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ II

1.1. Изменение параметров точности металлоре

жущих станков с ЧПУ в процессе эксплуатации . II

1.2. Причины возникновения и особенности влияния тепловых деформаций металлорежущих станков

с ЧПУ на точность обработки.

1.3. Анализ характера и величин смещений оси

шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ вертикальной компоновки Тб
1.4. Анализ способов и методов уменьшения влияния тепловых деформаций металлорежущих станков
с ЧПУ на изменение их выходных параметров точности
1.5. Сравнительный анализ систем управления и
компенсации тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ.
1.6. Выводы. Задачи исследований
Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МЕТОДА КОМПЕНСАЦИИ
СМЕЩЕНИЙ ОСИ ШПИНДЕЛЯ ИЗЗА ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ
2.1. Общие закономерности смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущего
станка с ЧПУ вертикальной компоновки в условиях непрерывного режима работы станка .
2.2. Закономерности смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущего станка
с ЧПУ вертикальной компоновки в условиях повторнопеременного режима работы станка .
2.3. Программный метод компенсации смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ
2.4. Метод ускоренных испытаний металлорежущих
станков с ЧПУ основа прогнозирования изменения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций .
2.5. Выводы.
Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПО
УСКОРЕННОЙ ОЦЕНКЕ ХАРАКТЕРА И ВЕЛИЧИНЫ СМЕШЕНИЙ ОСИ ШПИНДЕЛЯ ИЗЗА ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ, ПО АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ СМЕЩЕНИЙ ОСИ ШПИНДЕЛЯ
З.Т. Алгоритм программы ускоренных испытаний по
определению характера и параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ.
3.2. Алгоритм программы автоматической компенсации смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ
3.3. Статистические методы расчета среднего арифметического установившегося значения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ.
3.4. Особенности ускоренных испытаний по определению характера и параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ОДУ с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя ТОО
3.5. Учет влияния положения шпиндельной бабки и
температуры окружающей среды.
3.6. Выводы.
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЫШЕНИЯ
ТОЧНОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ ПУТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ СМЕЩЕНИЙ ОСИ ШПИНДЕЛЯ ИЗЗА ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРОГРАММНЫМ МЕТОДОМ
4.1. Разработка бесконтактной системы ускоренных
испытаний металлорежущих станков с ЧПУ по определению характера и параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций .
4.2. Метрологические испытания вихретоковых преобразователей .
4.3. Определение погрешности измерения изза не
точности установки вихретоковых преобразователей .
4.4. Экспериментальное определение смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций при проведении полных и ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ.
4.5. Разработка автоматической системы компенсации
смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ и ее экспериментальное исследование .
4.6. Анализ возможностей реализации систем компенсации смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ класса
ЛС и СС
4.7. Выводы.
Глава 5. РАЗРАВОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДИКИ УСКОРЕННОЙ
ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРА И ВЕЛИЧИНЫ СМЕЩЕНИЙ ОСИ ШПИНДЕЛЯ ИЗЗА ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МШЛЛОРШШИХ СТАНКОВ С ЧПУ И МЕТОДИКИ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОМПЕНСАЦИИ ЭТИХ СМЕШЕНИЙ
5.1. Методика ускоренной оценки характера и
величины смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ
5.2. Методика реализации автоматических систем компенсации смещений оси шпинделя изза тепло
вых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ .
5.3.1. Определение экономической эффективности применения метода ускоренных испытаний металлорежущих станков с ЧПУ по определению характера и параметров типовых функций изменения смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций
5.3.2. Определение экономической эффективности автоматической системы компенсации смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ.
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В работе проведен анализ компоновок и конструкций фрезерных, сверлильных, многооперационных станков с ЧПУ с вертикально расположенной колонной и составлена классификация возможных вариантов расположения источников тепловыделений. Классификация и анализ конструктивнокомпоновочных решений станков с ЧПУ позволяет судить о наиболее значительных направлениях смещения оси шпинделя для всех типов станков данных компоновок. Численные значения величины смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций узлов и деталей этих станков даже при одном и том же характере будут различны, так как они зависят от массы станка, его теплоотдающей поверхности, качества сборки и других факторов. С другой стороны характер этих смещений, присущий данной компоновке, остается неизменным. В работе показано, что смещение оси шпинделя изза тепловых деформаций деталей и узлов металлорежущего станка с ЧПУ при его непрерывной работе изменяется во времени по одной из пяти закономерностей. Однако автор не дает обоснования физической сущности закономерностей развития смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций и их граничных условий. Анализ работ по тепловым деформациям металлорежущих станков с ЧПУ показал, что практически ни в одной из работ нет вывода аналитических зависимостей смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций в условиях повторнопеременного режима работы станка. При расчете выделяемого тепла в подшипниках шпинделей станков см. Так при увеличении нагрузки в раз теплообразование увеличивается в 1,4 раза, а при возрастании частоты вращения шпинделя в раз теплообразование увеличивается в раз. В некоторых работах ГII, приведены также примеры подшипников шпинделей станков, в которых регулируется зазор в зависимости от степени их нагрузки. В работе бб автор проводил специальные исследования по определению разницы мевду тепловыми деформациями, полученными на холостом ходу вращения шпинделя и при обработке деталей. Он сделал вывод, что результаты исследований тепловых деформаций и температурных полей при работе станка на холостом ходу практически могут быть распространены в пределах
допустимой погрешности и на случаи работы станка с обработкой деталей, Поэтому в диссертационной работе исследование смещений оси шпинделя изза тепловых деформаций металлорежущих станков с ЧПУ вертикальной компоновки будет проводиться также на холостом ходу вращения шпицделя. Существующие способы и методы снижения влияния тепловых деформаций на точность металлорежущих станков с ЧПУ можно разделить на четыре направления см. Конструкторским способам уделяется наибольшее значение 2 Наиболее простым конструкторским способом, позволяющим уменьшить тепловые деформации, является размещение источников тепла вне металлорежущего станка с ЧПУ . Однако невозможно вынести из станка все внутренние источники тепла. Другой способ повышение теплоотдачи путем увеличения площади поверхности оребрение наружной поверхности и за счет повышения коэффициента теплоотдачи посредством принудительной внешней или внутреннй конвекции . Этот способ требует дополнительных затрат, но ведет только к ограничению тепловых деформаций до определенного уровня. На этапе проектирования выбирается оптимальная форма и тип подвижных соединений и оптимальные условия смазки, например, предусматриваются направляющие с трением качения и жидкая смазка или газовые подшипники и направляющие на воздушной подушке, в механизмах подачи используют пару винтгайка с трением качения, которые сводят к минимуму потери на трение. Большое значение имеет симметрия несущей системы станка под действием теплового нагружения. Рис. Классификация способов и методов снижения влияния тепловых деформаций на точность металлорежущих станков с ЧПУ. Увеличение теплопроводности несущей систе НС станка за счет увеличения площади с помощью ребер, внешней или внутренней конвекции. Компоновочноконструкторское решение станка термосимметричная НС, направленное действие тепловых деформаций и др. Специальная обработка направляющих, ходовых винтов, гаек, зубчатых передач и т.