Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в мировом станкостроении наблюдается тенденция к значительному повышению производительности и сложности выпускаемых металлорежущих станков и оборудования. Новая технология открывает большие потенциальные возможности главным образом в увеличении скорости резания и уроеня автоматизации, что ведет к росту энергонасышеннооти станка, а также к росту тепловыделения в узлах станка. С другой стороны, для выхода отечественных станков на мировой рынок необходимо значительное повышение их выходной точности. В связи с этим, весьма актуальной является задача снижения температурных деформаций выпускаемых станков, так как доля погрешностей, вызванных температурными факторами, составляет от 40 до 70$ в обшем объеме погрешностей обработки;
Применяемые в настоящее время методы компенсации температурных факторов, вызывающих погрешности обработки,.являются, как правило, дорогостоящими. В связи с этим их использование не исключает, а. наоборот, предполагает тщательную проработку конструктивных и технологических параметров станка на стадии проектирования и вызывает необходимость в моделировании о помощью ЭШ нестационарных температурных процессов в станке.
Интенсивными источниками тепловыделения в станках являются элементы гидросистемы, электроприводы, шпиндельные узлы. Последние обычно относят не только к наиболее интенсивным, но также и к наиболее опасным тепловым источникам, так как температурные смешения шпипдель-ного узла непосредственно влияют на точность обрабатываемой детали.
Температурные смешения оси шпинделя, Еозяикагоиие в процессе работы станка, вызваны не только температурными деформациями самого шпиндельного узла, но они также являются следствием температурных деформаций базових деталей (станин, стоек, кронштейнов и т.д.).
Работа посвяшепа исследованию влияния температурных факторов на смешение оси шпинделя в процессе работы отанка.а также на жесткост-ные характеристики шпиндельного узла-.
Основное Еяиманпе в работе уделено моделированию теплового состояния станков с гидростатическими опорами и опорами качешн с жидкой смазкой.
_Дель работы. Целью настоящей работы является снижение температурных деформаций станков на основе разработки а проведения автоматизированных расчетов и экспериментального исследования температурных процессов в станках, в том числе нестационарных.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе"теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследо-Еания проводились с использованием численных методов, методов теории теплопередачи и термоупругости, гидродинамической теории смазки, теории пограничного слоя. Экспериментальные исследования выполнена в производственных условиях на станках токарной группы, а также в лабораторных условиях на испытательных стендах.
Научная новизна. В применении к методу конечных элементов разработаны математические модели и методика автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качения с жидкой смазкой с учетом теплообмвва между узлами станка, теплообмена с окружающей средой, с учетом изма-. нения тепло^изичеоких овойств смазочных материалов и окрукаюшей оре-ды в функции температуры и времени.
В результате экспериментального и расчетного исследования нестационарного теплового состояния токарных станков составлен баланс температурных деформаций'В зависимости от режимов и времени работы станка
Получена количественная оценка эффективности предложенных мероприятий, направленных на снижение температурных деформаций.
Определено влияние нагрева шпиндельного узла на статическую жесткость и собственные частоты.
Практическая ценность. Разработано ПЮ, реализующее предложенную методику автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качения с кадкой смазкой, позволяющее проводить расчет на всех стадиях проектирования с целью определения рационального в тепловом отношении конструктивного варианта, подбора материалов элементов конструкций, выбора типа смазки, параметров гидросистемы, способа компенсации температурных факторов.
На основе проведенных исследований группы токарных станков средних размеров выявлены резервы в повышении быстроходности и точностных показателей станков по температурному критерию.
Результаты работы использованы при модернизации токарных стая-ков, а также при проектировании новой гаммы токарных полуавтоматов с ЧПУ завода "Красный пролетарий" им.Ефремова. Разработанное ПЮ попользовано в расчетах при проектировании зубошлифовального станка мод.Ш395- ГО "Московский станкостроительный зэеод".
Апробация работы и публикации» Основные положения работы дологг аены и обсуждены на научно-технических конференциях: "Перспективы создания автоматизированных гибких производственных систем" (Москва, 1984 г.); "Проблемы создания гибких автоматизированных систем на
предприятиях отрасли' (Ленинград, 1986); "Проблемы создания программного обеспечения комплексной автоматизации" (Калинин, 1987); на заседании Экспертного совета отд. S 12 ЭШШ, 1990 г.
По теме диссертации'опубликовано 7 работ-.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 126 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 141 наименования а приложение.