Введение к работе
Актуальность темы. Повышение точности, производительности металлорежущего оборудования, снижение себестоимости обработки различных материалов и улучшение условий труда на предприятиях металлообрабатывающей промышленности - важная народнохозяйственная задача. Для реализации задачи предлагается использование малогабаритных фрезерных головок на газостатических опорах, что позволяет уменьшить износ и нагревание валов, повысить число их оборотов. Точность фрезерования такими головками, их производительность, надежность, долговечность зависят как от конструкции опор, так и от условий фрезерования.
Для достижения высокой технологии сверхскоростной обработки материалов необходимы детальные исследования системы "обрабатываемая деталь - фреза - ротор - газостатические подшипники - турбинный привод". Одной из важных проблем является изучение перемещение ротора малых размеров в газостатических опорах под действием консольных нагрузок, величина которых ограничена жесткостью воздушного слоя в зазоре опор. В свою очередь, величина консольной нагрузки, обусловленная силами резания, зависит от выбора режимов фрезерования. Отсюда следует необходимость исследования условий обработки материалов через силы резания на смещение ротора в газостатических опорах, что, в конечном итоге, сказывается на точности обработки и на работе ротора с касанием или без него в подшипниковой втулке.
Цель и задачи работ. Цель - экспериментальное исследование закономерностей изменения характеристик технологической системы "ббрабатываемая деталь - фреза - ротор - газостатические подшипники - турбинный привод"; установление зависимости сил резания от режимов фрезерования; построение методики расчета фрезерных головок на газостатических опорах с турбинным приводом.
Для достижения поставленной цели решались следующие 'задачи:
1. Составление математических моделей.на основе классических уравнений механики твердого тела, податливой системы " обрабатываемая деталь - фреза - ротор - газостатические подшипники -турбинный привод" для оценки смещения реального малоразмерного ротора в газостатических подшипниках под действием консольных нагрузок.
-
Разработка комплекса технических средств, измерительной аппаратуры для проведения опытов по определению величины смещения ротора в подшипниковой втулке и сил резания для различных режимов фрезерования.
-
Опытное исследование физической картины поведения реального ротора на упругих опорах.
-
Экспериментальное определение коэффициентов статической жесткости воздушного слоя при консольных нагрузках на роторную систему.
-
Экспериментальное определение усилий внешнего воздействия на роторную систему в зависимости от режимов фрезерования.
-
Разработка алгоритмов численного решения уравнений различных моделей податливых систем "обрабатываемая деталь-фреза-ротор- газостатические подшипники-турбинный привод" при определении смещений реального ротора в газостатических опорах под действием консольной нагрузки.
-
Составление таблиц расчетных характеристик для технологической системы "обрабатываемая деталь-фреаа-ротор-газостатические подшипники-турбинный привод".
Методика исследования сочетает экспериментальные работы с теоретическим анализом, математическим моделированием податливых систем и научно обоснованным выделением максимально информативных параметров контроля.
Математические модели податливых систем составлялись на основе уравнений равновесия твердых тел, известных в механике. Численное решение этих уравнений проводилось методом итераций.
Обработка экспериментальных данных по определению статических коэффициентов жесткости газового слоя выполнялась с помощью графо-аналитических методов и методов механики жидкости и газов.
Для определения силовых зависимостей проводился однофактор-ный эксперимент. Обработка экспериментальных данных проведена с использованием методов теории резания металлов.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
-
Обосновано применение малогабаритных турбинных головок на газостатических опорах для скоростного фрезерования.
-
Впервые поставлен и решен вопрос о необходимости расчета смещения реального малоразмерного ротора в газостатических опо-
pax, как основного фактора, влияющего на качество обработки и долговечность опор при фрезеровании.
-
Для анализа экспериментальных данных при определении величины статических коэффициентов жесткости газового слоя применен метод позиционных карт, который позволяет подробно проследить физическую картину поведения реального малоразмерного ротора на упругих опорах при различных консольных нагрузках.
-
Экспериментально получены значения коэффициентов жесткости газового слоя, позволяющие вести расчеты смещения малоразмерных роторов в газостатических подшипниках с величиной относительных эксцентриситетов є > 0,5.
-
Получены экспериментальные зависимости сил резания от режимных параметров для податливой роторной системы, которые отличны от значений сил резания, рассчитанных для жесткой роторной системы.
-
Для многоопорной роторной системы, состоящей из радиального, упорного и совмещенного радианьно-упорного подшипников, разработана методика расчета смещения реального малоразмерного ротора в газостатических опорах под действием консольных нагрузок при величине относительного эксцентриситета е > 0,5.
По данной методике проведен расчет определенных роторных систем с выбором для них условий обработки.
Практическая ценность и реализация работы.
Результаты исследований и разработанные на их основе рекомендации и предложения внедрены при составлении нормативно-технических документов и создании технической продукции:
-
Рабочие чертежи опытной сверлильно-фрезерной головки ПФГ-8 (завод "Аскольд", г.Арсеньев, 1983 г.).
-
Универсальный настольный станок с пневмофрезерной головкой типа ПГ-6 (ДВО РАН, 1989 г.).
-
Технологический процесс фрезерования радиоэлектронных плат на станке' типа КД-46 (ДВО РАН, 1989 г.).
-
Методика расчета точности фрезерования пневмофрезерными головками на газостатических подшипниках (ДВО РАН, 1989 г.).
-
Конструкция малогабаритной головки на газостатических опорах с турбоприводом для токарного станка с ЧПУ типа 16А20ФЗ (АО "ЭРА", г.Владивосток, 1994 г.).
Достоверность полученных результатов основана на использовании классических уравнений механики твердого тела и подтверждена
проверкой адекватности теоретического и экспериментального исследований параметров сил резания и смещения роторных систем при ра личных режимах реаания, а также результатами исследований друга авторов.
Автор защищает:
-
Обоснование применения турбинных малогабаритных голова на газостатических опорах для скоростного фрезерования.
-
Математические модели реальных роторных систем, позволяю щих оценить смещение ротора в газостатических опорах по приведен ной жесткости.
-
Экспериментальный метод определения величины статически коэффициентов жесткости газового слоя с целью применения их пр расчете смещения реального малоразмерного ротора в газостатичес ких опорах.
-
Экспериментальный метод получения сил резания в зависи мости от режимов фрезерования для податливой системы.
-
Результаты экспериментальных исследований аакономерносте изменения характеристик технологической системы "обрабатываема деталь - фреза - ротор - газостатические подшипники -турбинный привод".
-
Математическую зависимость сил резания от режимов фрезе рования различных материалов.
-
Методику расчета величины смещения реального малоразмер ного ротора в газостатических опорах под действием консольных си
Апробация работ. Основные положения и результаты работ докладывались и обсуждались: на конференции молодых ученых и ас пирантов ЦНИИБыта (г.Москва, 1980г.), краевой научно-техническо конференции "Пути совершенствования хозяйственного механизма н предприятиях бытового обслуживания" (г.Владивосток, 1981г.); уче ном совете ЦНИИБыта (г. Москва, 1983 г.); Всесоюзном координаци онном совещании по проблемам газовой смазки (г.Винница,1983г.) совместном заседании кафедры "Теоретической механики" и науч но-иссдедовательской лаборатории по упругим опорам ЛВИМУ (г.Ле нинград, 1987г.)теоретическом семинаре кафедры "Гидроазродинами ки" ЛПИ им. М.И.Калинина (г.Ленинград, 1987г.); лаборатории 10 НПО ЦКТИ им. И.Н.Ползунова (г.Ленинград, 1987г.); Всесоюзном на учно-координационном совещании по проблемам газовой смази (г.Ростов-на-Дону, 1989г.); Всесоюзном семинаре по проблемам газ
бой смазки (г.Новороссийск, 1990г.); XXXIII юбилейной научно-технической конференции ДВГТУ (г.Владивосток, 1993г.); совместном заседании кафедр .-"Основы конструирования", "Теоретическая механика", "Сопротивление материалов", "Автоматизированные производственные системы", ДВГТУ (г.Владивосток, 1994г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе образцы пневмоголовок удостоены двух бронзовых медалей ВДНХ СССР.
Структура и объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, нести глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание изложено на 120 страницах машинописного текста и включает 61 иллюстрацию, 36 таблиц, библиографию из 163 наименований литературных источников.
