Исследование динамики шпиндельных узлов металлорежущих станков на основе математического моделирования

• Автор: Шафранов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Конструктивные особенности и качественные характеристики шпиндельных узлов на опорах качения

1.2. Модели и методы расчета динамики шпиндельных узлов и их опор

2. Математическая модель динамики шпиндельных узлов на опорах качения

2.1 .Параметры и характеристики опор шпинделя

2.2.Параметры и силовые характеристики процесса резания

2.3.Расчтная схема шпиндельного узла

2.4.Математическая модель динамики шпиндельного узла

3. Алгоритм и программный комплекс моделирования динамики шпиндельных узлов на опорах качения

3.1.Алгоритм расчета динамических характеристик шпиндельного

узла . .
3.2.0собенности разработки программного комплекса моделирования динамики шпиндельных узлов
4. Исследование динамики шпиндельного узла на основе математического моделирования
4.1.Цели, задачи и объект моделирования
4.2.Влияние конструктивных параметров опор на динамику шпиндельного узла
4.3.Влияние технологических параметров на динамику шпиндельного узла .
5. Экспериментальное исследование динамики шпиндельного узла
5.1 .Приборное оснащение и схема эксперимента
5.2. Проведен не эксперимента
Заключение
Слисок литературы
Приложение
Введение


Шпиндельные узлы должны обеспечивать заданную мощность, иметь высокую точность вращения в сочетании с высокой быстроходностью, а также жесткость, нагрузочную способность и долговечность подшипников, ограниченные тепловыделения в опорах и тепловые деформации, быть технологичными, экономичными и надежными 1,2. Одними из самых ответственных деталей в шпиндельном узле являются опоры. К настоящему времени наибольшее распространение в практике мирового станкостроения получили шпиндельные узлы с опорами качения примерно до всех станков, как наиболее экономичные, надежные и простые в эксплуатации. По несущей способности и жесткости они, в целом, превосходят опоры других типов, однако точность вращения у них, как правило, несколько ниже. Основные требования к шпиндельным узлам с опорами1 качения и к самим опорам сформулированы в работах А. Джонса 3, З. М. Левиной 4, С. В. Пинегина 5, В. Э. Пуша 6, Д. Н. Решетова 7, А. М. Фигатнера 8, 9, Пуша 1, , И. А. Зверева и других ученых на основе общих требований к металлорежущим станкам. В подавляющем большинстве исследований 6, 8, 9, , , , , , , , и др. Динамические смещения мгновенной оси вращения шпинделя под действием возмущений от опор и привода формируют динамическую точность вращения шпинделя , , , , , которая в настоящее время не регламентируется, что обусловлено высокими требованиями к техническим средствам для . Спектральный анализ динамической точности вращения Шпинделя позволяет давать дифференцированную оценку частотным составляющим, поразному влияющим на формирование погрешностей обрабатываемой детали , , . Так, составляющая с частотой вращения шпинделя биение шпинделя вызывает в основном погрешности размеров и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей. Другие частотные составляющие вызывают погрешности формы и микропрофиля обрабатываемых поверхностей волнистость, шероховатость. Конструкционные характеристики шпиндельного узла компоновка, схема расположения подшипников, способ задания предварительного натяга, геометрия элементов узла. Технологические характеристики погрешности изготовления деталей погрешности сборки. Условия эксплуатации шпиндельного узла внешние нагрузки, частота вращения, параметры смазки, температура окружающей среды, теплофизические характеристики деталей и сопряжений. Внешние по отношению к шпиндельному узлу динамические возмущения вибрации от привода и резания, внешние возмущения, передаваемые через несущую систему станка. Достижение требуемых значений точности и быстроходности шпиндельных узлов невозможно без комплексного представления о механике шпиндельных узлов и анализа взаимосвязанных процессов, сопровождающих его работу. Однако осуществить это на базе экспериментов не всегда возможно, так как шпиндельный узел имеет десятки параметров, влияющих на его эксплуатационные характеристики, и даже планируемый эксперимент, направленный на улучшение этих характеристик, будет длиться значительное время и потребует больших материальных затрат. В таких условиях для возможности совершенствования характеристик шпиндельных узлов необходимо иметь математическую модель их функционирования. ЭВМ. Общие подходы и методики моделирования изложены в работах , ,, , . Шпиндельный узел представляет собой достаточно сложный объект для моделирования вследствие нелинейности характеристик его механической системы, сложности трибомеханических явлений в подшипниках, присутствия физических процессов различной природы , . За основу подавляющего большинства комплексных моделей шпиндельного узла приняты упругодеформационные модели, определяющие упругодеформационные характеристики шпиндельного узла и его опор перемещения и жесткости элементов шпиндельного узла, распределение контактных нагрузок в подшипниках и др. Без у пру го деформационной модели нельзя перейти к рассмотрению динамических, тепловых и др. В качестве упругодеформационных характеристик рассматриваются, , и др. Так как шпиндельный узел с приводом представляет собой сложную систему, элементами которой являютсяшпиндельный вал, опоры, различного вида передачи, приводные электродвигатели и т.