Автоматизация тепловых испытаний металлорежущих станков на основе экспериментального модального анализа

• Автор: Кравцов, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 235 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Состояние тепловых испытаний металлорежущих станков

1.1 Актуальность теплоустойчивости современных металлорежущих станков.

1.2 Актуальность тепловых испытаний в металлорежущих станках

1.3 Методология автоматизированных испытаний станков

1.4 Практическая реализация автоматизированных испытаний

1.5 Метод сокращенных тепловых испытаний станков

1.6 Выводы и постановка задачи работы.

2 Математическое описание тепловых характеристик металлорежущих станков.

2.1 Тепловые характеристики станка

2.2 Построение аппроксимирующих кривых
2.3 Оценка точности прогнозирования тепловых характеристик
2.3.1 Натурные испытания станков
2.3.2 Машинные эксперименты.
2.4 Выводы
3 Метод оценки тепловых характеристик станков.
3.1 Процедура оценки тепловой постоянной времени первой моды без
учета температурной погрешности.
3.2 Процедура оценки тепловой постоянной времени первой моды с
учетом температурной погрешности
3.3 Процедура построения поверхностей начального времени аппроксимации.
3.4 Процедура определения тепловой постоянной времени с
коррекцией с диапазоном изменения длительности тепловых испытаний
3.5 Обобщенный алгоритм метода оценки тепловых характеристик
3.6 Выводы
4 Программное обеспечение метода оценки тепловых характеристик
4.1 Модуль экспериментального модального анализа
термодеформационного состояния станка.
4.2 Модуль автоматизированной оценки длительности натурного эксперимента.
4.3 Выводы
5 Экспериментальная апробация разработанных алгоритмов
5.1 Экспериментальная апробация модуля экспериментального
модального анализа термодеформационного состояния станка.
5.1.1 Прогнозирование температурных характеристик
5.1.2 Прогнозирование характеристик температурного перемещения.
5.2 Экспериментальная апробация модуля автоматизированной оценки длительности натурного эксперимента
5.2.1 Прогнозирование температурной характеристики.
5.2.2 Прогнозирование характеристик температурных перемещений
5.3 Методика сокращенных тепловых испытаний станков
5.4 Выводы и результаты
Основные выводы и результаты работы
Список использованных источников


В цехе подсборки предварительно проверяют качество и функциональные возможности собираемых узлов. Фактически действует система последовательного и взаимодополняющего контроля, как узлов, так и результатов работы сборщиков. Окончательный же контроль узла и/или взаимозависимого комплекса узлов производится после окончательной сборки и приемки, когда станок в течение ч непрерывно функционирует под рабочей нагрузкой. Для сборки крупных пятикоординатных станков серии DMU FD (их собирают примерно 0 шт. Концерн OKUMA, в отличие от многих других ведущих станкофирм, спроектировал и запустил в эксплуатацию в г. Проведение тепловых исследований станков в таком специализированном помещении позволило концерну стать лидером среди станкостроителей в области теплоустойчивости станков, чему свидетельствуют многочисленные международные награды []. Рисунок 1. Например, выбор оптимальных эксплуатационных параметров различных систем смазывания в шпиндельных подшипниках качения для различных схем их установок в передней и задней опорах при диапазоне частот вращения шпинделя 0,. При создании ультрапрецизионного токарного станка, использующего металлокерамику для шпинделя и полимербетон для базовых деталей НСС, характеристики теплоустойчивости станка оценивались в ходе натурного эксперимента []. Это было обусловлено высокими показателями точности станка, например, регламентируемое отклонение от прямолинейности обрабатываемой детали должно составлять менее нм - на сегодняшний день не существует математических моделей станков, гарантирующих такую адекватность моделирования [7-,,-,-,, ,]. В работе [] представлены результаты тепловых испытаний фрезерного станка. При этом анализировались температурные перемещения, вызванные нагревом направляющих при холостых перемещениях вертикального стола со скоростью 6 м/мин. Через семь часов работы, несмотря на то, что не был зафиксирован тепловой установившийся режим (испытания были остановлены из-за появившихся шумов, сигнализирующих о возможности наступления функционального отказа), температурные перемещения по оси Z составили более мкм. При этом экспериментальная тепловая характеристика температурного перемещения 5(t) («перемещение-время») приближалась к линейной функции. Данный пример иллюстрирует принципиальность использования натурных тепловых испытаний при наличии параметрических отказов в станочной системе. Тепловые экспериментальные исследования станков являются длительными и дорогостоящими. Так, например, для станка модели СТП 5-4 (масса станка менее 2 т. Время температурной стабилизации двустороннего торцешлифовального станка модели ЗА3АДФ2 по результатам натурных испытаний составляло более 8 часов []. Так, например, при анализе тепловых характеристик станины прецизионного внутришлифовального станка размерами x0x0 и массой кг в условиях повторнократковременного режима работы натурные испытания проводились в течение четырнадцати часов []. Одним из перспективных направлений в создании высокоточных алгоритмов температурной компенсации станков с использованием систем ЧПУ является использование нейросетевых технологий [, , -]. Главной составляющей разработки алгоритмов прогнозирования тепловых характеристик станков и компенсации их температурной погрешности является использование экспериментальных данных натурных испытаний. В зависимости от задачи прогнозирования длительность натурных испытаний станка может составлять более часов непрерывной работы станка []. К качеству и надежности современного металлорежущего оборудования предъявляются исключительно жесткие требования. В течение всего срока эксплуатации станка должна сохраняться первоначальная точность. Однако в процессе эксплуатации режимы нагружения станка изменяются в весьма широких пределах, что приводит к существенному рассеянию его характеристик, в том числе выходных параметров точности формообразующих узлов. Учитывая первостепенное значение создания эффективных методов испытаний, в МГТУ им. Н. Э Баумана был разработан программный метод [], рекомендованный Госстандартом СССР для автоматизированных испытаний технологического оборудования [].