Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ. 10
1.1. Особенности нормирования точности обработки ступенчато-регулируемого привода отраслевым стандартом.
1.2. Анализ литературных источников и исследований, выполненных ранее.
1.3. Цели и задачи исследования. 21
ГЛАВА 2. ПОСТОЯННАЯ ЧАСТЬ СТУПЕНЧАТОРЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА, ЕЕ РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ.
2.1. Состав и функции постоянного звена в математических моделях множительной структуры.
2.2. Составляющие погрешности постоянной части. 31
2.2.1. Элементы постоянной составляющей. 32
2.2.2. Составляющие постоянной части, компенсирующие среднее отклонение погрешности передаточных отношений и округления.
2.2.3. Составляющие погрешности определяемые скольжением в электродвигателе и ременной передаче.
2.2.4. Общая постоянная составляющая погрешности в множительной структуре с известными числами зубьев.
2.2.5. Средние величины составляющих на ступенях с экстремальной погрешностью.
2.3. Определение передаточного отношения и чисел зубьев постоянной пары.
2.3.1. Методология определения чисел зубьев постоянной пары в ступенчаторегулируемом приводе главного движения металлорежущих станков.
2.3.2. Определение частоты на входе множительной части структуры.
2.3.3. Определение скольжения и частоты электродвигателя 55
2.3.4. Определение чисел зубьев постоянной передачи. 57
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. 66
3.1. Натурный измерительный эксперимент на приводе главного движения горизонтально-фрезерного станка.
3.1.1. Кинематика привода. 68
3.1.2. Используемая аппаратура. 70
3.1.3. Методика измерения частоты электродвигателя на входе и мощности холостого хода.
3.2. Результаты измерения частот и погрешности привода. 75
3.2.1. Баланс погрешности и его виды. 75
3.2.2. Точностные характеристики заводского варианта, 75
3.2.3. Анализ баланса погрешности. 79
3.2.4. Частоты вращения электродвигателя и шпинделя. 80
3.2.5. Мощность, потребляемая из сети приводным электро-двигателем.
3.2.6. Зависимость скольжения в электродвигателе от часто ты вращения шпинделя.
3.3. Численное экспериментирование. 91
3.3.1. Корректировка чисел зубьев постоянной передачи. 91
3.3.2. Повышение точности ступенчаторегулируемого привода подбором комбинаций чисел зубьев с меньшей погрешностью передаточных отношений.
3.3.3. Допустимость использования средних величин общей погрешности, определенной суммированием.
3.3.4. Достоверность формул о поле и среднем для погрешности множительной структуры в целом.
3.3.5. Скольжение в асинхронном приводном электродвигателе
ГЛАВА 4. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ. 118
4.1. Прецизионный экспресс-расчет постоянной передачи. 118
4.2. Методика кинематического расчета множительной структуры с использованием электронных таблиц.
4.3. Целесообразность и возможности создания 36-ступенчатых структур.
4.4. Трансформация традиционного привода горизонтально фрезерного станка в 36-ступенчатый добавлением одной зубчатой пары.
4.5. Нормальная 36-ступенчатая структура из множительных групп с минимальной погрешностью.
4.6. Проектный кинематический расчет 36-ступенчатой коробки скоростей с использованием таблиц чисел зубьев для множительных структур.
4.7. Двухсвязанная 18-ступенчатая структура. 144
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 149
ЛИТЕРАТУРА 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А. 162
ПРИЛОЖЕНИЕ В. 187
ПРИЛОЖЕНИЕ С. 199
ПРИЛОЖЕНИЕ D. 204
- Особенности нормирования точности обработки ступенчато-регулируемого привода отраслевым стандартом.
- Состав и функции постоянного звена в математических моделях множительной структуры.
- Натурный измерительный эксперимент на приводе главного движения горизонтально-фрезерного станка.
- Прецизионный экспресс-расчет постоянной передачи.
Введение к работе
Все многообразие организационно-экономических и технологических условий использования металлорежущих станков и станочных систем у потребителей сводится к четырем обобщающим показателям, инвариантным для любого производства: производительность, точность, переналаоїсивае-мость (технологический диапазон использования) и надежность.
Эффективность современных металлорежущих станков и станочных систем, при их высокой стоимости, может быть обеспечена только в условиях интенсивной эксплуатации при максимальной точности. Как известно станки проектируют с запасом точности, учитывающим неизбежную ее потерю при эксплуатации и ужесточении требований к точности станков [68].
Проблема повышения точности реализации режимов резания, при настройке коробками передач весьма актуальна в настоящее время и, особенно, в условиях стремительного совершенствования техники, повышения мощности, быстроходности и точности машин, аппаратов, приборов, их надежности, что в свою очередь требует опережающего повышения точности металлорежущих станков.
Для множительной части имеются рекомендации и пособия [33] позволяющие подобрать достаточно точные комбинации чисел зубьев в множительных группах, обеспечивающие поле рассеивания итоговой погрешности значительно меньше норматива. А вот распределение поля относительно нулевой линии (равенство положительных и отрицательных отклонений) обеспечить трудно, так как для этого необходимо знать и (или) достоверно рассчитать мощность холостого хода и скольжение в электродвигателе, иметь надежную методику для расчета передаточных отношений и чисел зубьев постоянной пары.
Точность ряда частот вращения, реализуемого приводом со ступенчатым регулированием, является важным показателем качества станка, строго ограничиваемым отраслевым стандартом.
В соответствии с отраслевым стандартом погрешность частоты враще ния W = — —-100% не должна выходить за пределы W = ±( Такое строгое ограничение погрешности обусловлено тем, что отклонение режимов от расчетных значений, ведет при завышении режима к резкому снижению стойкости инструмента, и увеличению затрат на переналадку и переточку инструмента, а занижение режимов ведет к потери производительности и повышению затрат на изготовление детали. Потери, связанные с неточной установкой расчетных режимов резания, тем меньше, чем меньше используемый знаменатель ряда (ср). Общая погрешность частоты вращения на выходе множительной структуры зависит от многих факторов: 1) от скольжения в используемом электродвигателе; 2) от погрешности постоянных звеньев кинематической цепи; 3) от погрешности передаточных отношений множительной части; 4) от погрешности округления. Компенсационные методы кинематического расчета позволяют подбирать числа зубьев коробки передач так, чтобы погрешность передаточных отношений компенсировалась погрешностью округления. Погрешность электродвигателя учитывается отраслевым стандартом, в виде расширения поля допуска до 5% при номинальной нагрузке асинхронного электродвигателя. Таким образом, с помощью существующих нормативных стандартов, пособий и рекомендаций невозможно решить ни одну из сформулированных задач: сокращение трудоемкости и повышение качества расчета ступенчато-регулируемого привода; увеличение точности установки оптимальных режимов резания; повышение точности и надежности привода главного движения. Поэтому проблема создания универсальных методов прецизионного расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена, является актуальной. Научная новизна: Выявлены место, роль и значение постоянного звена в множительной структуре и формировании ее погрешности. Установлено, что в формировании общей погрешности участвуют три составляющие, отличающиеся источником, ролью, механизмом возникновения и возможностями воздействия на суммарную погрешность. Подготовлены предложения по усовершенствованию отраслевого стандарта ОСТ 2 Н11-1-82. Создан комплекс зависимостей для описания, оценки и анализа процесса образования погрешности в множительной структуре, а также в ее постоянной, неварьируемой части. Практическая ценность: Разработана методика и программно-аппаратный комплекс для расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена, позволяющие на ранних стадиях расчета с высокой точностью определить частоту на входе множительной части и структуры в целом и выполнить требования отраслевого стандарта по допустимой точности. Возможность практического использования множительных структур с большим числом ступеней (3 6 и более) и малым знаменателем ряда (ф = 1,12 ) и погрешностью реализации ряда до ±1%. Реализация работы: Результаты работы внедрены в СКБ АЛ и МС (г. Краснодар) и при выполнении лабораторных и практических работ, в курсовом и дипломном проектировании ДГТУ. На защиту выносятся: - Комплекс зависимостей для описания, оценки и анализа процесса об- разования погрешности в множительной структуре и, главным образом, в ее постоянной, неварьируемой части. Результаты исследования функции постоянного звена и факторов, оказывающих влияние на величину его передаточного отношения и точность привода. Методика прецизионного расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена в множительной структуре. Результаты применения новых методов кинематического расчета при модернизации и совершенствовании привода главного движения на примере гаммы фрезерных станков. - Предложения по усовершенствованию отраслевого стандарта. Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались: - на ежегодных научно-технических конференциях профессорско- преподавательского состава Донского государственного технического уни верситета (2002-2005 гг.); на ежегодных международных научно-практических конференциях и семинарах в ближнем зарубежье (г. Киев, 2002-2004 г.г.); на международной конференции «Актуальные проблемы конструк-торско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (г. Волгоград, 2003 г.); на международной научно-технической конференции посвященной 75-летшо Донского государственного технического университета «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» (г. Ростов-на-Дону, 2005 г.). Публикации: Результаты диссертационных исследований опубликованы в 36 печатных работах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 93 наименований и приложений, изложена на 161 странице машинописного текста, имеет 8 иллюстраций и 27 таблиц и 4 приложения. Отраслевой стандарт ОСТ 2 HI 1-1-72 "Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел" [72] который был введен в середине 30-х годов прошлого столетия, как первый норматив станкостроения (в 50-е годы ему был придан статус отраслевого стандарта), вводит некоторые ограничения и является дополнением ГОСТ 8032-56 (новая редакция издана в 1984 году) "Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел [21].Этот стандарт устанавливает предпочтительные числа и их ряды, которые должны применяться при установлении величин и градаций параметров и размеров, а также отдельных числовых характеристик станкостроения. В стандарте приводятся таблицы основных и производных рядов предпочтительных чисел, а также расчетные величины этих чисел и мантиссы их десятичных логарифмов с примером использования в расчетах, но главное его назначение - обеспечить точность привода металлорежущих станков. В этом смысле особое внимание привлекает п.З указанного отраслевого стандарта, текст которого полностью приводится ниже: Для выбора чисел оборотов и подач металлорежущих станков рекомендуется применять ряды R5 (tp=l,60), RIO ( р=1,25), R20/3 ((р=1,40). Числа оборотов ряда не должны отклонятся от табличных значений более чем на ±10( р-1)%. В приводе от асинхронного электродвигателя, ввиду непостоянства коэффициента скольжения, допускается смещение ряда чисел оборотов в сторону уменьшения до 5% от чисел ряда, подсчитанных по синхронному числу оборотов электродвигателя ". Анализ текста отраслевого стандарта выявляет следующие недостатки: - не указана формула, по которой должен определяться нормируемый показатель, и какой критерий должен использоваться в качестве главного (экстремальные отклонения или поле рассеивания погрешности); - не оговаривается, по каким признакам округлены члены ряда, указаны только расчетные значения (с точностью до 4-го знака после запятой); - отсутствуют четкие указания на то, какая частота электродвигателя должна использоваться в расчете (синхронная или номинальная); - указано ограничение отклонения погрешности фактических частот (± 10- [7—1]%), но не сказано, к какому режиму оно относится (для синхронной частоты электродвигателя, на холостом ходу или при номинальной нагрузке). А от этого зависит характер распределения и величины отклонений погрешностей фактических частот ряда. Выявить особенности процесса образования погрешности в множительной структуре, уяснить роль постоянной части в нем и состав ее погрешности можно только перейдя на более низкий уровень детализации (разделив общую погрешность и ее постоянную часть на составляющие). Ранее (п. 2.1.) показаны первые этапы такого разделения, в ходе которых показано, что: - общая погрешность {WQk) включает в себя погрешность собственно множительной структуры (Wmi) и округления предпочтительного числа(№ ); - погрешность множительной структуры в свою очередь включает в себя две составляющие: постоянную (Wp) и варьируемую {Wmik), изменяющуюся при переключении ступеней; - погрешность множительной (варьируемой) части (Wmsk) тоже является суммой относительных погрешностей {Waj) передаточных отношений тех зубчатых пар, которые включены на -ой ступени. То есть, в формировании общей погрешности ступенчаторегулируемо-го привода участвуют три составляющие отличающиеся источником, механизмом возникновения и влиянием на суммарную погрешность: - округления членов исходной геометрической прогрессии до предпочтительных (стандартных) чисел; - варьируемой (множительной) части; - условно постоянной (неварьируемой) части; Остается выяснить в какой степени и части постоянная составляющая не изменяется, является ли она в действительности однородной и если нет, то из каких элементов состоит. Такое исследование имеет смысл выполнить в следующей последовательности: - рассмотреть в общем виде качественный состав постоянной части общей погрешности (ее элементы); - исследовать идеальный случай, когда скольжение в электродвигателе и ременной передаче отсутствует {Wp действительно постоянна) и получить выражения для определения численных значений добавок, компенсирующих погрешность множительной части и округления при разных способах определения общей погрешности (по уравнениям кинематического баланса и суммированием); - определить составляющие погрешности от скольжения в электродвигателе и ременной передаче (изменяющиеся с переключением ступеней); - рассмотреть состав погрешности постоянной части для структуры с известными числами зубьев; - исследовать закономерности суммирования полей рассеивания и средних величин составляющих погрешности для ступеней с экстремальными отклонениями и выяснить возможность использования их для расчета постоянного звена. Для выяснения степени влияния скольжения в электродвигателе на изменение частоты вращения на входе множительной структуры необходимо исключить другие факторы, зависящие от нагрузочной мощности привода (и в частности ременную передачу). Для достижения этой цели экспериментальный стенд был создан на базе консольно-фрезерного станка модели 6М82, привод главного движения которого не имеет ременной передачи, (кинематическая схема представлена на рис.3.1). Движение с приводного электродвигателя (1) через муфту передается на постоянную зубчатую передачу zK =21lz2 =53 и затем поступает на вход множительной части коробки скоростей. Привод обеспечивает 18 скоростей вращения шпинделя посредством двух 3-х ступенчатых и одной 2-х ступенчатой множительных групп. Соответственно структурная формула множительной части коробки скоростей имеет вид: 3t 33 29 = 18. К обмоткам электродвигателя подключался ваттметр (2) для измерения мощности, потребляемой от сети. Первый датчик (3), регистрирующий частоту вращения ротора приводного электродвигателя, крепился с помощью четырех винтов и переходной втулки к кожуху двигателя. Кинематическая связь вала датчика с валом двигателя обеспечивалась эластичной трубкой (из кембрика), плотно насаженной на вал датчика и переходник, закрепленный в роторе мотора. Второй датчик (4) регистрировал частоту вращения шпинделя станка. Конструкция стенда позволила закрепить датчик при помощи специального кронштейна в тисках, которые в свою очередь, устанавливались на столе станка. Так как стол имеет три степени свободы с шагом по каждой оси 0, мм, то такой способ установки датчика позволил практически полностью исключить несоосность вала датчика относительно оси шпинделя. В шпинделе закреплялся специально изготовленный переходник, к которому присоединялась эластичная трубка, соединенная с валом углового преобразователя. Испытания проводились только на холостом ходу. На каждой ступени замерялись частоты вращения ротора двигателя и шпинделя, а также фиксировалась мощность, потребляемая электродвигателем от сети. В общем случае в процедуре кинематического расчета, обеспечивающего достаточную симметричность отклонений погрешности, можно выделить следующие этапы, на которых определяются: - индивидуальные частоты на входе множительной части и структуры в целом, обеспечивающие равенство экстремальных отклонений; - средняя частота электродвигателя для ступеней с экстремальными отклонениями (по результатам экспериментального исследования или достаточно достоверного расчета); - передаточное отношение и числа зубьев постоянной пары. Методика и примеры решения последних двух задач описаны выше [глава 2], а для первой необходимо использовать формулы, позволяющие быстро и точно определять частоту на входе множительной части (раздел 2.3.2), (с учетом погрешности округления). Чтобы определить входную частоту для рассмотренного ранее [п. 3.3.2, табл.3.6, сектор 7] примера надо.Особенности нормирования точности обработки ступенчато-регулируемого привода отраслевым стандартом
Состав и функции постоянного звена в математических моделях множительной структуры
Натурный измерительный эксперимент на приводе главного движения горизонтально-фрезерного станка
Прецизионный экспресс-расчет постоянной передачи
Похожие диссертации на Совершенствование методов кинематического расчета привода главного движения металлорежущих станков по критерию минимизации погрешности ряда
