Автоматизированная система поиска и принятия решений по обеспечению теплоустойчивости металлорежущих станков

• Автор: Поляков, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 494 с. : ил.

Введение.

1 Обзор состояния тепловых проблем в станках

1.1 Актуальность тепловых проблем в металлорежущих станках

1.2 Влияние температурных факторов на выходную точность станка

1.3 Достижение теплоустойчивости современных металлорежущих

станков.

1.4 Состояние теплового моделирования в станках.

1.4.1 Термодеформационная система станка

1.4.2 Классификация используемых математических моделей.

1.4.3 Оценка эффективности теплового моделирования

1.4.4 Основные направления теплового моделирования станков

1.5 Выводы и задачи работы
2 Термоупругая модель станка
2.1 Базовые положения структуры термоупругой модели станка
2.2 Основные предпосылки термоупругой модели станка.
2.3 Тепловая модель станка
2.3.1 Постановка прямой задачи теплообмена
2.3.2 Конечноэлементное представление ТДСС. Основные определяющие уравнения.
2.3.3 Конвективный теплообмен в станках.
2.3.4 Расчет тепловыделений в основных тепловых источниках станков
2.3.5 Построение температурного поля станка
2.4 Конечноэлементное представление упругодеформационной модели станка.
2.5 Учет стыков в термоупругой модели станка.
2.6 Структура тепловой модели станка, формализующая построение оптимизационных моделей
2.7 Повышение эффективности прогнозирования теплового состояния станка.
2.7.1 Модальный подход в тепловом моделировании
2.7.2 Выявление влияния на тепловую инерционность станка его конструктивнотехнологических и эксплуатационных параметров.
2.7.3 Экспрессоценка качества математической модели станка
2.7.4 Применение методов редукции.
2.7.4.1 Применение редукции Гаяна с выбором рационального базиса
к построению нестационарного температурного поля в станках
2.7.4.2 Применение метода Ланцоша к построению нестационарного температурного поля станка.
2.8 Экспериментальное доказательство адекватности тепловой модели
2.9 Выводы и результаты.
3 Автоматизация экспериментальных исследований при доводке и диагностике станков
3.1 Экспериментальные тепловые характеристики станка
3.2 Построение квазиэкспериментальных кривых.
3.3 Сокращенные тепловые испытания станков
3.4 Выводы и результаты.
4 Методы, модели и алгоритмы для идентификации и оптимизации
термодеформационной системы станка по критериям теплоустойчивости
4.1 Идентификация и оптимизация ТДСС. Общие положения.
4.2 Иерархическая структура факторов, определяющих теплоустойчивость станков
4.3 Базовая термоупругая модель станка
4.4 Идентификационная и оптимизационная модели станка.
4.4.1 Постановка задачи идентификации ТДСС
4.4.2 Постановка задачи оптимизации ТДСС
4.4.3 Метод и процедура параметрической оптимизации, используемые при идентификации и оптимизации ТДСС.
4.5 Процедура идентификации ТДСС
4.6 Процедура оптимизации ТДСС
4.7 Метод коррекции расчетной схемы станка
4.8 Алгоритм выбора критериев адекватности тепловой модели станка
4.9 Анализ чувствительности термодеформационной системы станка
4. Выводы и результаты
5 Апробация методов и алгоритмов идентификации и оптимизации ТДСС
на реальных конструкциях
5.1 Примеры идентификации ТДС станков различных типов.
5.1.1 Идентификация ТДС плоскошлифовального станка высокой
точности ШПХ
5.1.1.1 Тепловые испытания плоскошлифовального станка.
5.1.1.2 Идентификационная модель плоскошлифовального станка.
5.1.1.3 Процедура идентификации.
5.1.1.4 Результаты идентификации
5.1.2 Идентификация ТДС координатнорасточного станка 2Е0А
5.1.2.1 Тепловые испытания станка 2Е0А
5.1.2.2 Идентификационная модель станка.
5.1.2.3 Постановка задачи и процедура идентификации ТДСС, частота вращения шпинделя мин
5.1.2.4 Результаты и анализ идентификации ТДС координатнорасточного
станка 2Е0А.
5.1.3 Идентификация ТДС многоцелевого станка МС 0 М.
5.1.3.1 Тепловые испытания многоцелевого станка.
5.1.3.2 Расчетная схема и базовая термоупругая модель станка
5.1.3.3 Постановка задачи идентификации.
5.1.3.4 Идентификационная модель станка.
5.1.3.5 Процедура идентификации и анализ результатов идентификации
5.1.4 Методика идентификации ТДСС.
5.2 Примеры оптимизации ТДСС
5.2.1 Оптимизация ТДС плоскошлифовального станка ШПХ
5.2.1.1 Анализ термодеформационного состояния станка
5.2.1.2 Базовая термоупругая модель станка и постановка задачи оптимизации.
5.2.1.3 Вектор оптимизируемых параметров и параметрические ограничения.
5.2.1.4 Анализ рассмотренных вариантов оптимизации ТДСС.
5.2.2 Оптимизация ТДС координатнорасточного станка особо высокой точности 2Е0А.
ЪУ 5.2.2.1 Анализ термодеформационного состояния станка.
5.2.2.2 Анализ чувствительности ТДСС
5.2.2.3 Варианты оптимизации и постановка задачи оптимизации
5.2.2.4 Результаты оптимизационных расчетов.
5.2.3 Оптимизация ТДС многоцелевого станка МС 0 М.
5.2.3.1 Анализ термодеформационного состояния станка и базовая
термоупругая модель.
5.2.3.2 Оптимизационная модель
5.2.3.3 Процедура оптимизации ТДС многоцелевого станка
5.2.4 Методика оптимизации ТДСС.
5.3 Структура автоматизированной системы поиска и принятия решений по
. обеспечению теплоустойчивости металлорежущих станков.
5.4 Алгоритм автоматической компенсации температурной погрешности станка на различных этапах его жизненного цикла.
5.5 Выводы и результаты.
Основные результаты работы и выводы.
Список использованных источников


В работе приведены несколько наиболее значимых мероприятий по уменьшению температурных деформаций управление процессом обработки применение искусственного охлаждения увеличение скорости резания при обработке металлическим инструментом, благодаря чему большая доля тепла отводится в стружку шлифование деталей кругами больших диаметров закрепление обрабатываемых деталей с возможностью компенсации их линейных деформаций, например, с использованием пружинных, гидравлических или пневматических задних центров на токарных, шлифовальных и других станках одностороннее жесткое закрепление длинных деталей с тем, чтобы второй конец мог перемещаться при удлинении изза нагрева введение различного рода корректирующих устройств для компенсации температурных деформаций, а также искусственной деформации деталей при установке и закреплении их в направлении, противоположном температурной деформации, для ее компенсации правильная размерная настройка системы СПИД с учетом величины температурных деформаций и их расположения в поле допуска ритмичная обработка или установка между станками термостатических устройств для стабилизации температуры деталей, поступающих на обработку. В этой же работе представлена система автоматического управления САУ размером статической настройки, позволяющей осуществлять его коррекцию в зависимости от температурных деформаций элементов станка мод. В этой системе предусмотрена установка датчиков на гидрокопировальном суппорте, корпусе передней бабки и станине. Сигналы, с них снимаемые, порождают результирующий сигнал, воздействующий на исполнительный орган САУ. В качестве него использовался двигатель, перемещавший копирный барабан с копирами таким образом, чтобы размер статической настройки был равен заданному. В работе приводится информация о повышении параметра быстроходности ШУ от 2. В работе рассмотрены мероприятия уменьшения влияния температурных деформаций на работу точных станков таблица 1. В работе показано, что увеличение теплоотвода от опор ШУ может осуществляться омыванием стенок ШБ маслом со стабилизированной температурой. В работе теплоотвод от шпинделя предлагалось осуществлять за счет охлаждения стенок корпуса при использовании пластичного метода смазывания подшипников. Эффективным способом увеличения теплоотвода от источников теплообразования являлось использование тепловых труб, принцип действия которых основан на поглощении тепла при испарении и его выделении при конденсации . Результаты использования тепловой трубы в конструкции станка мод. Б8 приведены в работе . Данное мероприятие снизило температурные деформации ШБ в 2 раза. В работе показано влияние внутреннего и внешнего оребрения ШБ, при этом внешнее оребрение повысило теплоотдачу на несколько десятков процентов не менее эффективно оказалось и вну треннее оребрение. В работах ,, иллюстрировано существенное увеличение теплоотдачи ШБ за счет обдува стенок. Снижение смещений шпинделя в несколько раз за счет охлаждения стенок ШУ путем разбрызгивания охлажденного масла предложено в работе . Несколько способов охлаждения ШУ изучалось на токарноревольверном станке . Исходная конструкция сравнивалась с вариантами охлаждение смазочного масла, охлаждение шпиндельных подшипников, внутреннее воздушное охлаждение. Самым эффективным оказалось внутреннее воздушное охлаждение. Температурные деформации снизились более чем в два раза. Ниже приведены характеристики современных станков, в конструкциях которых наиболее полно учтены проблемы теплоустойчивости. Таблица 1. Уменьшение теплообразования путем повышения к. Искусственное выравнивание температурного ноля в станке подогревом отдельных частей станка, экранированием источников тепла. Применение компенсации температурных деформаций. Подбор материалов с учетом их теплопроводности. Установка длинных станков, предназначенных для тяжелых работ, на регулируемых башмаках с заливкой на части длины. Предварительный разогрев прецизионных станков путем заблаговременного пуска. Применение для быстроходных опор и направляющих воздушной смазки. Применение смазок оптимальной вязкости, достаточной для обеспечения жидкостного трения, но не вызывающей ненужного роста потерь.