Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе основные направления развития отечественного станкостроительного производства связаны с введением в.экономику рыночных отношений, при которых важнейшее значение приобретает повышение качества продукции и возможность быстро переналаживать производство. Это, в свою очередь требует совершенствования методов обеспечения высокого качества станков на всех этапах от эскизного проектирования до модернизации оборудования, основанного на широком использовании ЭВМ. Одной из важнейших задач повышения качества станков является повышение их точности, снижения уровня относительных вынужденных колебаний инструмента и заготовки, оказывающих непосредственное влияние на качество обрабытываемых поверхностей. Требования мобильности переналадки производства станков определяют необходимость сокращения сроков экспериментальных исследований, что решается совершенствованием и автоматизацией методов проведения экспериментов на работающем станке.
Поскольку для большинства машиностроительных производств детали типа тел вращения по номенклатуре и трудоемкости технологических операций являются преобладающими, первостепенное значение приобретают исследования показателей качества элементов токарных прецизионных станков и в первую очередь их несущих систем. Несущая система (НС) -наиболее специфическая система станка, ее характеристики определяют взаимодействие всех узлов станка, и по мере совершенствования различных узлов, интенсификации режимов резания, повышения уровня автоматизации НС все в большей степени определяет показатели качества станка. Таким образом, актуальной научной задачей является разработка методов совершенствования характеристик несущих систем прецизионных токарных станков.
Целью работы является разработка рекомендаций по определению рациональных параметров несущих систем на основе экспериментальных и расчетных исследований их динамических характеристик применительно к НС прецизионных станков.
Общая методика исследований. Результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований и расчетов на ЭВМ. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории колебаний и динамики станков. Расчетное определение динамических характеристик НС проводилось с использованием разработанных в ЭНИМСе систем автоматизированного расчета. Для определения рациональных значений параметров несущей системы станка мод ИРТ80ВФЗ использован
математический аппарат и ПМО для решения задач многокритериальной оптимизации на основе ЛП-поиска. При.экспериментальных исследованиях колебаний элементов несущих систем использовалась современная виброизмерительная аппаратура и измерительно-вычислительный комплекс, созданный в ЭНИМСе.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработаны математические модели для определения показателей ка
чества несущих систем прецизионных токарных станков, включающие мо
дели упругой системы и основных возмущений, обеспечивающие возмож
ность разработки рекомендаций по совершенствованию конструкции несу
щей системы;
установлено, что на основе анализа динамических характеристик Па-рето-оптимальных конструктивных вариантов, полученных с помощью общей методики многокритериальной оптимизации, удается выявить тенденции совершенствования конструкции;
показано, что в прецизионных токарных станках наилучшие динамические характеристики обеспечиваются при определенных соотношениях парциальных частот системы инструмента (суппорт) и детали (шпиндельная бабка со шпинделем) при минимальной связанности колебаний этих элементов и базовых деталей станка; Соответственно в станке мод. ИРТ80БФЗ парциальные частоты элементов шпиндельного узла и суп-' порта должны различаться на 30-35%.
Практическая ценность. Разработаны общие рекомендации по повышению динамических характеристик прецизионных токарных станков и конкретные рекомендации по изменению параметров шпиндельной бабки и суппорта токарного станка с подвижной бабкой. Установлено, что высокие показатели качества прецизионных токарных станков могут быть обеспечены только при правильном подборе оснастки, для чего необходимо проведение соответствующих расчетов. Разработана методика определения рациональных параметров несущих систем, использующая многокритериальную оптимизацию методом ЛП-поиска, дополненную анализом Па-рето-оптимальных решений. Дополнена и уточнена методика динамических исследований станков по результатам измерения абсолютных колебаний их элементов, в частности предложена методика определения относительных колебаний инструмента и заготовки и построения форм колебаний, обеспечивающая повышение точности и уменьшения времени получения результатов.
Реализация работы. Результаты расчетного определения динамических характеристик несущей системы токарного .станка мод. ИРТ80ВФЗ, а также результаты определения рациональных параметров и рекомендации 2
по конструктивному оформлению элементов НС этого станка переданы на Ивановское СПО. Уточнения методики экспериментальных исследований динамических характеристик НС на работающем станке использованы при создании программного обеспечения измерительно-вычислительного комплекса, созданного в ЭНИМСе.
Апробация работы Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях : "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств" (г. Нижний Новгород, 1992 г.); "Повышение надежности автоматических станочных систем" (г. Хабаровск, 1990 г.); на заседании Экспертного совета отдела N 12 ЭНИМС, 1992 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы и I отчет.
Объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения (основные результаты работы), изложенных на 184 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 23 таблицы, список литературы из НО наименований.