Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современной техники предъявляет к металлорежущим станкам, как к технологическим системам (ТС), производящим детали машин постоянно растущие требования по точности. По данным многочисленных исследований, от 30 до 70% в общем балансе погрешностей обработки составляют тепловые-погрешности-. Влияние тепловых отклонений особенно заметно при выполнении чистовых операций.
Создание оптимальных с точки зрения тепловых деформаций конструкций предполагает использование адекватных расчетных моделей и совершенных методик, позволяющих уже на этапе проектирования определить как для технологической системы - в целом, так и для отдельных ее элементов требуемые геометрические параметры, характеристики материала и условия взаимодействия конструкции со средой, обеспечивающие минимальные отклонения исполнительных органов, формирующие качество станка.
Накопленный объем информации о" тепловых явлениях в станках и существующий уровень развития прикладной математики и вычислительной техники позволяет учитывать все большее количество значимых факторов, оказывающих влияние на тепловое поведение системы, но не ведет к снижению высокой погрешности тепловых расчетов (около 30%). Это позволяет использовать результаты моделирования лишь для оценки тенденции изменения параметра оптимизации в зависимости от влияния того или иного фактора.
Научная проблема состоит в повышении адекватности используемых расчетных моделей реальным конструкциям.
Целью исследования являлась разработка методов и методики, позволяющих при существующем уровне нечеткости задания параметров
- 4 -системы оптимизировать ее тешюфизические характеристики и граничные условия в соответствиями с требованием минимизации тепловых отклонений исполнительного органа.
Научная новиана работы. Разработаны методы решения прямых и обратных тепловых и термоупругих задач в случае четкого и нечеткого задания их параметров. Создана методика теплового проектирования элементов технологических систем на их основе. При использовании вычислительной программы, реализующей метод конечных элементов (МКЭ) получены решения прямой и обратной задачи тепловой деформации для шпиндельной головки алмазно-расточного станка. В результате использования нового аппарата теории нечетких множеств разработаны нечеткие термоупругие модели шпиндельной головки алмазно-расточного станка.
Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических исследований и расчетов на ЭВМ. Теоретические исследования проводились с использованием как классических численных и аналитических методов, так и с использованием математического аппарата теории нечетких множеств, не использующегося до настоящего времени в станкостроении. Расчеты на ЭВМ производились с использованием известных программных пакетов и программ, разработанных автором. Экспериментальная часть исследования выполнена в лаборатории кафедры "Автоматизированные станочные системы и инструменты" Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения с использованием системы динамического тепловидения.
Практическая ценность. Разработана методика теплового проектирования технологических систем и их элементов, позволяющая определить необходимые конструктивные и теплофизические параметры системы и особенности ее взаимодействия со средой с учетом заданного
теплового отклонения исполнительного органа технологической системы. Разработана методика прогнозирования параметров качества и сокращенная программа испытаний технологических систем на ее основе. Разработана методика использования системы динамического тепловидения для измерения температуры поверхности элементов технологических систем. Выработаны практические рекомендации по созданию оптимальных ТС и их элементов на примере шпиндельной головки алмазно-расточного станка.
Реализация результатов работы. Разработанная методика измерения температуры поверхности использовались при анализе теплового состояния станочного оборудования, шпиндельных узлов алмазно-расточных станков и обрабатывающего инструмента при проведении исследований в рамках межвузовской научно-технической программы "Ресурсосберегающие технологии машиностроения". Разработанные методика теплового проектирования технологических систем и сокращенная программа испытаний станков использованы при разработке и испытаниях нового оборудования в Московском специальном конструкторском бюро автоматических линий и специальных станков (МСЖБ АЛиСС) и АО АТЭ-1.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" в 1993, 1994, 1995 гг., научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в автомобилестроении" в 1994 г., на научном семинаре кафедры АССиИ в 1995 г. По теме диссертации опубликовано 5 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Содержит /^^хтраниц печатного текста, 48 рисунков, 30 таблиц, список использованной литературы из 167 отечественных и зарубежных источников.
- б -