Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ компоновочных схем шпиндельных узлов и влияние
предварительного натяга на их характеристики 7
-
Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам 7
-
Основные компоновочные схемы шпиндельных узлов 11
-
Методы создания предварительного натяга в опорах качения 16
-
Влияние предварительного натяга на жесткость опор 21
-
Влияние предварительного натяга на долговечность опор 27
-
Влияние предварительного натяга на потери на трение 28
-
Влияние предварительного натяга на точность обработки 34
-
Выводы 39
2. Анализ устройств создания натяга в опорах шпиндельного узла 40
-
Классификация устройств создания натяга 40
-
Устройства создания предварительного натяга опор качения 52
-
Устройства с регулируемым предварительным натягом 54
-
Устройства с управляемым натягом 57
-
Постановка задачи исследования , 62
3. Теоретические предпосылки управления натягом в опорах качения
шпиндельных узлов 63
-
Разработка модели распределения натяга в подшипниках опоры 63
-
Синтез устройства натяга 85
-
Вывод соотношений для косвенной оценки нагрузки на опору шпиндельного узла 95
-
Разработка алгоритма управления натягом 107
-
Разработка программного модуля управления натягом „115
-
Выводы ..127
4. Моделирование технологической системы резания с устройством
натяга 129
-
Моделирование натяга в опоре шпиндельного узла 132
-
Моделирование системы процесс резания - динамическая несущая система станка 141
-
Моделирование измерительного преобразователя тангенцальной составляющей силы резания , 156
-
Моделирование регулятора натяга. 158
-
Исследование процессов в технологической системе резания с регулируемым натягом опор 161
-
Выводы и рекомендации 171
Общие выводы 173
Список литературы. 176
Приложения 184
Введение к работе
Шпиндельный узел является одним из основных конструктивных элементов металлорежущих станков. Повышение технического уровня металлорежущих станков в первую очередь связано с совершенствованием характеристик и расширением функциональных возможностей высокоскоростных прецизионных шпиндельных узлов, широко применяемых в настоящее время. Применение высокоскоростных шпиндельных узлов в приводе главного движения обеспечивает более высокую производительность и качество изготавливаемых деталей.
Большой вклад в развитие высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения принадлежит A.M. Фигатнеру, СЕ. Бондарю, В.А. Лизогубу.
Широкое применение в конструкциях опор высокоскоростных шпиндельных узлов получили радиально-упорные шарикоподшипники, способные воспринимать как радиальные нагрузки, так и осевые.
Одним из факторов, ограничивающим применение высоких скоростей резания при обработке, является устанавливаемый предварительный натяг подшипников, в большей степени это относится к конструкции передней опоры шпиндельного узла, непосредственно приближенной к консоли вала-ротора. Завышенная величина натяга приводит к чрезмерному нагреванию подшипников, а это ведет к их «заклиниванию» и преждевременному выходу из строя, что отрицательно сказывается на надежности и долговечности всего шпиндельного узла. Слишком малая величина предварительного натяга способствует снижению точности формы обрабатываемой поверхности, увеличению амплитуды вибраций и шероховатости обрабатываемой поверхности, что также отрицательно сказывается на качестве и производительности обработки изделий на станке.
Выбор величины предварительного натяга осложняется тем, что конструктор назначает монтажное значение натяга, т. е, то значение, которое устанавливается во время монтажа и регулирования опор шпиндельного узла. Во время работы в зависимости от величины и режима нагрузки, частоты вращения шпинделя, смазки, условий охлаждения стенок корпуса шпиндельного узла, либо вследствие износа тел и дорожек качения подшипников величина натяга резко изменяется и значительно отличается от установленной при монтаже. Для прецизионных и скоростных шпиндельных узлов станков, где требуется точная регулировка величины зазора-натяга, это явление существенно.
Как правило, устанавливаемая величина предварительного натяга рассчитывается на усредненные режимы работы шпиндельного узла и не регулируется в процессе работы ни от степени износа подшипников, ни от режимов резания, ни от нагрева опор. Кроме того, недостатками многих шпиндельных узлов являются завышенная величина предварительного натяга (с учетом спектра жестких режимов работы), его неуправляемое изменение в зависимости от температурного режима работы подшипников и износа их элементов. При этом увеличение температуры подшипника в зависимости от режимов и продолжительности работы обычно приводит к увеличению натяга, что может вызвать ухудшение динамических характеристик, а также ускоряет износ, т.е. уменьшает срок службы шпиндельного узла.
Регулирование величиной натяга подшипников в процессе эксплуатации значительно расширяет функциональные возможности высокоскоростных шпиндельных узлов. Установка в опорах шпиндельного узла требуемого натяга с возможностью осуществления его управления в процессе эксплуатации позволяет существенно снизить тепловыделение в опорах узла, а следовательно, уменьшить тепловые деформации станка, затраты на охлаждение узла и потери энергии на трение в подшипниках. Это позволяет при сохранении высокой нагрузочной способности узла получить высокий квалитет точности обработки, а также использовать более высокие скорости резания. Таким образом, одновременно может решаться две задачи - повышение производительности при сохранении высокой точности обработки деталей на станке.
Следует отметить, что данный вопрос ввиду его сложности изучен теоретически недостаточно.
Имеющиеся отдельные экспериментальные материалы посвящены, в основном, исследованию влияния предварительного натяга, величина которого не регулируется в процессе работы.
Кроме того, исследования касались, как правило, отдельных узлов, а не всей технологической системы, представляющей собой комплекс взаимосвязанных элементов и включающей в себя несущую систему со шпиндельным узлом, приводы подачи и главного движения, систему управления, измерительные преобразователи, процесс резания и программное обеспечение системы ЧПУ металлорежущего станка.
Исходя из выше изложенного можно сделать вывод о том, что тема данной диссертационной работы является актуальной.
Целью работы является повышение производительности при сохранении заданной точности механической обработки на основе адаптации шпиндельных узлов к условиям эксплуатации посредством использования совокупности конст- руктивных, схемотехнических и программных решений, обеспечивающих оптимальный натяг в опорах шпиндельного узла в процессе его работы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ влияния натяга опор на работоспособность шпиндельных узлов,
Разработать математическую модель распределения натяга в подшипниках опоры шпиндельного узла.
Разработать алгоритм управления натягом.
Предложить комплекс конструкторско-технических решений управления натягом опор шпиндельных узлов.
Провести практическую апробацию предложенных решений.
