автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Адаптация шпиндельных узлов к условиям эксплуатации на основе автоматического регулирования натяга подшипников

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Направахрукописи

Курнасов Евгений Вячеславович

Адаптация шпиндельных узлов к условиям эксплуатации на основе автоматического регулирования натяга подшипников

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Аршанский М.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Слепцов В.В.

кандидат технических наук, доцент Ермолов ИЛ

Ведущая организация: Институт Конструкторско - Технологической Информатики Российской Академии Наук (ИКТИ РАН)

Защита состоится о. 6 ■! ^ 2005 года в 12 часов на заседании

диссертационного совета Д212.119.02 в Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики по адресу: 107076, г. Москва, ул. Стромынка, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики (МГАПИ).

Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета МГАПИ Д212.119.02

к.т.н, доцент

Ульянов М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В связи с обострением в последнее время конкурентной борьбы на отечественном и внешнем экономических рынках становятся весьма актуальными задачи повышения эффективности производства, создания оборудования, не уступающего по качеству лучшим мировым образцам

Эффективность производства зависит в первую очередь от возможностей применяемых металлорежущих станков, алгоритмов их работы и систем управления Качество же металлорежущих станков определяется в основном характеристиками шпиндельных узлов От точности изготовления, сборки и особенностей конструкции шпиндельного узла зависят такие основные параметры станка, как точность обработки, быстроходность, жесткость, надежность, производительность, потери мощности на трение

Шпиндельный узел представляет собой систему, в которой все основные параметры являются взаимосвязанными Точность обработки и производительность зависят, например, от жесткости, тепловыделения в опорах, конструкции шпиндельного узла и т д

В свою очередь, шпиндельный узел является частью технологической системы, представляющей собой комплекс взаимосвязанных элементов и включающей в себя несущую систему, приводы подачи и главного движения, систему управления, измерительные преобразователи, процесс резания и программное обеспечение системы ЧПУ металлорежущего станка

Практически все характеристики шпиндельного узла на опорах качения зависят от такого важнейшего параметра как натяг подшипников опоры

Ввиду сложности и взаимосвязанности протекающих в шпиндельном узле процессов, данный вопрос исследован теоретически явно недостаточно На практике величина предварительного натяга устанавливается исходя из усредненных режимов работы шпиндельного узла и обычно не регулируется в процессе работы ни от степени износа режущего инструмента, ни от режимов резания

Для решения перечисленных проблем требуется дальнейшее развитие теоретической базы, на основе которой можно разрабатывать комплекс необходимых конструктивных, схемотехнических и программных средств для шпиндельных узлов

Цель и задачи исследования Повышение производительности при сохранении заданной точности механической обработки на основе адаптации шпиндельных узлов к условиям эксплуатации посредством использования совокупности конструктивных, схемотехнических и программных решений, обеспечивающих оптимальный натяг в опорах шпиндельного узла в процессе его работы

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Проведение анализа влияния натяга подшипников на работоспособность шпиндельных узлов

2 Разработка теоретических положений по проектирования шпиндельных узлов с управляемым натягом

3 Разработка алгоритма управления натягом подшипниковых опор шпиндельного узла в технологической системе резания

4 Разработка комплекса конструктивно-технических решений управления натягом

5 Практическая апробация предлагаемых решений

Методы исследования В работе использовались методы математического анализа, системного подхода, методы математическою моделирования, машинный эксперимент

Научная новизна заключается в следующем

1 Получены зависимости распределения предварительного и монтажного натягов в подшипниках с учетом внешних нагрузок, конструктивных особенностей опоры и способа установки в шпиндельном узле

2 Разработан комплекс конструктивно-технических решений, реализованные в конструкции электрошпинделей, защищенных патентом РФ

3 Разработана динамическая модель технологической системы резания, учитывающая взаимосвязь величины натяга в опоре с параметрами приводов подачи и главного движения, процесса резания, несущей системы, возмущающих воздействий На основе чего предложены способы управления натягом опоры шпиндельного узла как элемента мехатронной системы

Практическая и научная полезность результатов диссертационной работы

1 Разработана методика расчета распределения натяга между подшипниками шпиндельного узла с учетом конструктивных особенностей опоры, величины предварительного натяга и внешних сил, приложенных к шпиндельному узлу

2 Разработаны виртуальные модели, позволяющие в реальном масштабе времени проанализировать работоспособность проектируемых шпиндельных узлов

3 Предложены конструкции шпиндельных узлов с управляемым натягом, обеспечивающие сохранение работоспособности в более широком диапазоне изменения внешней нагрузки

4 Предложено информационное обеспечение для управления натягом и другими параметрами технологической системы резания

5 Разработана методика косвенной оценки действующего натяга по параметрам приводов подачи и главного движения, направляющих технологической системы

Апробация работы Основные положения докладывались и обсуждались на Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (Москва, 2002 г), научно-технической конференции «Технологические процессы и материалы в машиностроении и приборостроении» (Москва, 2003 г), VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Москва, 2003 г) Полное содержание диссертации обсуждалось в МГАПИ на заседании кафедры «Мехатроника производственных систем»

Публикации По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, получен патент РФ на изобретение

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и пяти приложений Работа содержит 175 страниц машинописного текста сквозной нумерации, включая 135 рисунков, 3 таблицы, 8 страниц списка литературы из 119 наименований, 24 страницы приложения

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведена оценка общего состояния современного станкостроения и тенденций его развития, обоснованы направление и актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель и задачи работы, отмечена ее научная новизна и практическая значимость

В первой главе рассмотрены основные характеристики ШУ Приведены компоновочные схемы ШУ, с указанием способа установки предварительного натяга в их опорах Проанализированы типы подшипниковых опор и области их применения, из них выделены радиально-упорные шарикоподшипники, как наиболее часто применяемые в скоростных узлах, отмечены их преимущества и недостатки

Рассмотрены основные методы создания и регулирования предварительного натяга в опорах качения, широко используемые на практике в ШУ

Проведен анализ влияния предварительного натяга на работоспособность ШУ Показано, что устанавливаемая величина предварительного натяга существенно влияет как на жесткость, долговечность, нагрев опор, точность вращения шпинделя, так и на качество обрабатываемой поверхности

Во второй главе представлен обзор и анализ существующих конструкций устройств создания и регулирования натяга в ШУ на опорах качения По результатам проведенного анализа разработана классификация устройств натяга (рис 1), основанная на трех признаках направление действия, вид физического воздействия, способ регулирования

Рис 1 Классификация устройств натяга подшипников качения

Во второй главе раскрываются также и основные проблемы, связанные с регулированием натяга подшипников в процессе эксплуатации ШУ

Показано, что технологические процессы обработки деталей средней сложности содержат десятки операций, а для сложных корпусных деталей - сотни операций, от-

личающиеся различными режимами обработки, что приводит к резким изменениям условий работы подшипниковых опор ШУ

Исходя из этого, сделан вывод, что ШУ с управляемым натягом опор, способные регулировать величину натяга как по нагрузке, так и в зависимости от частот вращения, необходимы, прежде всего, для многооперационных станков

В соответствии с полученными результатами анализа предметной области в конце главы были поставлены задачи диссертационного исследования

Третья глава посвящена разработке и практическому применению положений по управлению натягом подшипников, а также созданию математической модели для оценки распределения нагрузки между подшипниками передней опоры в процессе обработки Сформулированы и обоснованы допущения, использованные при разработке модели

Проведен анализ нагружения подшипников при сборке опоры (при установлении предварительного натяга)

Установлено, что в результате действия сил технологического предварительного натяга, созданного при монтаже опоры, осевые нагрузки на подшипники "А" и "В" (рис 2) получаются неодинаковыми Подшипники "А" передней опоры оказываются менее нагруженными по сравнению с подшипниками " В" Этот результат позволяет объяснить те случаи, когда подшипники ШУ выходят из строя на холостом ходу Потеря работоспособности может быть вызвана в этих случаях, как снижением виброустойчивости, так и перегревом подшипников "А" или "В", то есть как недостаточным, так и чрезмерно большим предварительным натягами

¡M ж щ

F, / Ш/, УТЯШУ. ш

/

1

А В

Рис 2 Подшипниковая опора высокоскоростного шпиндельного узла

А - подшипники ориентированные навстречу ожидаемой внешней осевой нагрузки

В подшипники ориентированных в сторону ожидаемой внешней осевой нагрузки

Для оценки режима работы подшипников при наличии внешних радиальной и осевой сил, приложенных к опоре, получены следующие соотношения

Г _ F±0 SRtga Р0

Г la ~ +

I П. + П, Па

п. п„+п.

где Pía, P¡e~ осевая нагрузка на один подшипник "А", "В", Н, "и0", "ив" - количество подшипников "А" и "В", F - внешняя осевая сила, Н, Р„ - суммарная сила предварительного натяга в опоре, Н, а - угол контакта, рад, R - радиальная нагрузка, действующая на подшипник, Н

Показано, что радиальная сила, приложенная к опоре, вызывает неоднозначное перераспределение натяга в подшипниках. Данный эффект объясняется тем, что тела качения распределены по окружности и, в соответствии с вектором радиальной нагрузки, часть тел качения будет дополнительно нагружаться в осевом направлении, а другая часть - разгружаться.

Полученные выражения, описывающие зависимость между величиной предварительного натяга в опоре, количеством подшипников, способом их установки и нагрузками, действующими на подшипники в результате монтажа, позволяют на стадии проектирования выбрать оптимальные соотношения для конкретной конструкции шпиндельного узла, рис. 3

Р*

т

Р1

Р„

/ в% / /1в>

\1!

/

щ/.// УПГ^ У!*'/' /я

"

Рис. 3. Модель для определения области оптимальных нагрузок

Проведено аналитическое исследование распределения натяга в передней опоре в процессе эксплуатации шпиндельного узла.

Получены соотношения, связывающие нагрузки на опору с параметрами приводов главного движения и подачи.

Радиальная нагрузка R в выражении (1) может быть представлены как

(2)

где К3 - коэффициент, зависящий от способа установки заготовки и от геометрии шпиндельного узла; г - текущий радиус обрабатываемой поверхности; Мтах - максимальный момент, соответствующий критической точке скольжения, Нм; - критическое скольжение; £ - скольжение, 5 = ((00-(0У(0а, где (00 - синхронная угловая скорость, рад/с; J - момент инерции, приведенный к валу электрошпинделя, кг м2.

Р

Осевая нагрузка на опору ¥ для привода постоянного тока выражается через параметры процесса резания, приводов подачи, направляющих и устройства регулиро-

вания натяга

где 1кп - передаточное отношение коробки подач, Тх„ , Кхе - шаг и число заходов ходового винта, 1Я - ток в цепи якоря, А, J„ - приведенный момент инерции привода подачи, кгм2, (/„ - кпд передачи, (0„ - угловая скорость вала двигателя, рад/с, Кя - постоянный коэффициент, К„ = рпя Ф/(2я а), Ртр - сила трения в направляющих, Н, Рщ, - сила от устанавливаемых в опоре упругих элементов (например, пружин), Н, mg -суммарный вес шпинделя, приспособления и заготовки, кг, - угол наклона оси шпинделя относительно горизонтальной плоскости, рад, Р„ - дополнительная осевая сила, создаваемая в электрошпинделе или в устройстве регулирования натяга, Н

Показано, что сила трения /^зависит в общем случае от типа направляющих, их конструктивных особенностей, составляющих силы резания

Получены приближенные соотношения для оценки силы трения в гидростатических направляющих, направляющих качения, смешанного трения (с прямоугольными и призматическими направляющими)

Разработаны положения по управлению натягом подшипников ШУ в зависимости от частот вращения Показано, что для современных станков, в особенности многооперационных с автоматической сменой инструмента, а также обрабатывающих центров, характерно разнообразие режимов резания при обработке даже одной детали Шпиндельные узлы таких станков должны обеспечивать регулирование натяга подшипников в опорах как в зависимости от нагрузки, так и от частоты вращения

Таким образом, величина управляющего воздействия определяется системой уравнений (1-3) с учетом переменных границ регулирования

\PlmJM < РЫ < РШЛЫ) , 1Лия(<в) < Ры < Р,т<Л®)

(4)

В работе проведен анализ выбора величины предварительного натяга при монтаже Известные рекомендации по определению величины предварительного натяга в радиально-упорных шарикоподшипниках сводятся к определению минимальной величины предварительного натяга В результате анализа было установлено, что данная зависимость не может быть использована для назначения величины предварительного осевого натяга радиально-упорных шарикоподшипников в высокоскоростных шпиндельных узлах, так как она дает неверную оценку в граничных режимах работы Данная зависимость вызывает сомнения также по формальному признаку - в ней отсутствует параметр, зависящий от номинальной частоты вращения шпинделя

Отмечено, что при проектировании ШУ величина предварительного натяга выбирается исходя из его максимальной быстроходности Вместе с тем такой вынужденный подход приводит к тому, что на низких и средних частотах вращения производительность узла является пониженной, так как при данных скоростях можно было бы повысить его жесткость путем увеличения предварительного натяга (до среднего и тяжелого) Это становится возможным реализовать в предлагаемых системах с управляемым натягом

Для назначения величины предварительного натяга предложена зависимость, в основу которой положены опытные данные

где А0 - сила предварительного натяга, даН, (I - внутренний диаметр шарикоподшипника, мм

Рекомендуется принимать меньшие значения отношения а с более высокой рабочей частотой вращения, что соответствует критерию допустимого тепловыделения

Таким образом, величину осевого натяга предлагается контролировать в процессе работы по критерию переменных границ как максимального, так и минимального допустимого натягов в зависимости от нагрузок опоры и частоты вращения шпинделя

В соответствии с полученными теоретическими положениями предложена конструкция электрошпинделя, ротор которого выполнен с пазами, в виде винтовой линии с углом ¡} (рис 4) Регулирование натяга в опорах осуществляется автоматически в зависимости от режима обработки Особенностью такого электрошпинделя является постоянное наличие внутренней осевой силы Приведены соотношения подтверждающие тот факт, что осевая составляющая электромагнитной силы в значительной степени определяется углом наклона винтовой линии

Получена формула для оценки осевой составляющей электромагнитной силы электрошпинделя, в частности для операции сверления

где Ра - осевая сила приложенная к опоре, Н, 1]ф - действующее значение фазного напряжения сети, В, хк- индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания, Ом, /5- угол наклона винтовой линии, рад, Мэ - момент, развиваемый электрошпинделем, - радиус расположения обмоток ротора, м, - синхронная угловая скорость, рад/с, Ст, Ср - постоянные коэффициенты для крутящего момента и силы резания при сверлении, D -диаметр обрабатываемого отверстия, м

Анализ полученного выражения показывает, что величину этой силы можно существенно снизить не изменяя внешнюю осевую силу резания Для этого требуется выполнить пазы под углом

(7)

В этом случае в процессе обработки величина натяга в подшипниках, заданная силами предварительного натяга в опоре и пружинного поджимного элемента, будет постоянной и не зависеть от внешней осевой составляющей силы резания Этот парадоксальный результат можно объяснить тем, что при увеличении осевой силы резания увеличивается и момент резания, что приводит к увеличению электромагнитного момента, развиваемого электрошпинделем Последнее приводит, в свою очередь, к увеличению электромагнитной осевой составляющей силы, приложенной навстречу внешней нагрузке Теоретически, при оптимальном угле наклона винтовой линии обмоток ротора, осевая сила при операции сверления будет полностью компенсирована электромагнитной составляющей

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить нагрузочную способность электрошпинделя и сохранить необходимую жесткость опоры (за счет сохранения требуемого натяга подшипников), а следовательно обеспечить высокую точность вращения электрошпинделя

Рис. 4. Электрошпиндель с регулируемым натягом подшипников

Для современных станков с ЧПУ, работающих в широком диапазоне технологических режимов резания, предложена конструкция электрошпинделя, которая позволяет управлять натягом подшипников в его опорах в широком диапазоне изменения внешней осевой нагрузки за счет регулирования напряжения в обмотках статора и появления дополнительной осевой силы, компенсирующей внешнюю осевую нагрузку В такой конструкции электрошпинделя (рис 5), статор 1 выполнен в виде основной

обмотки 2 и дополнительной обмотки 3, расположенных параллельно и соосно друг другу При этом обмотка 3 смещена в осевом направлении относительно обмотки 2 в сторону передней опоры (шарикоподшипники 4, 5) вала-ротора б, 7 Это позволяет управлять как крутящим моментом, так и осевой силой путем раздельного регулирования напряжения в основной и дополнительной обмотках статора

Рис 5. Электрошпиндель с управляемым натягом подшипников

Электрошпиндель работает следующим образом

В обычном режиме, при незначительных осевых нагрузках, работает только основная обмотка 2 Когда внешняя осевая нагрузка превышает оптимальную допустимую нагрузку на переднюю опору, включается либо одновременно основная 2 и дополнительная обмотка 5, либо одна дополнительная обмотка 3, в зависимости от величины этой нагрузки При включении дополнительной обмотки 3, вследствие несимметричного расположения этой обмотки относительно вала-ротора 6,7 в аксиальном направлении под действием высоких гармоник появляется сила, направленная в сторону передней опоры 4 Регулированием напряжения в обмотке 3 создается аксиальная сила такой величины, которая направлена навстречу внешней нагрузке и необходима для поддержания требуемого натяга в шарикоподшипниках 4, 5 передней опоры

В предлагаемой конструкции регулирование натяга возможно осуществлять не только от величины внешней нагрузки, но и в зависимости от частот вращения электрошпинделя

Для управления натягом в технологической системе резания предложен алго-риш, особенностью которого является наличие нескольких режимов управления Выбор данных режимов может быть осуществлен посредством дополнительных Н-функций введенных в текст управляющей технологической программы

Алгоритм предусматривает обращение к тексту текущего кадра обработки (запрос к соответствующим регистрам памяти УЧПУ) В результате считывания кадра технологической программы кроме режима управления натягом анализируются также заданные скорости и перемещения рабочих органов Это необходимо для того, чтобы включать режим управления натягом только в процессе резания и не использовать предлагаемый алгоритм управления при быстрых перемещениях суппорта, подводе и отводе инструмента, остановках вращения шпинделя и т п

Управляющие сигналы во всех режимах регулирования контролируются программным способом Для этого перечисленные ограничения должны быть записаны в соответствующем файле характеризации (процедура СЧПУ)

Выход на номинальную частоту контролируется стандартным сигналом УЧПУ «п=пзад» (частота вращения равняется заданной)

Начало процесса резания определяется (после выхода привода подачи на номинальную скорость, «S=SH0M») по изменению величины скольжения электрошпинделя в соответствии с условием Мг>Мхх Считывается с тахогенератора информация о динамике изменения частоты вращения, что позволяет определить момент нагрузки на электрошпинделе Используя дополнительные данные о положении по координате X инструмента, система определяет действующую на электрошпиндель тангенциальную составляющую силу резания Р2 Действующее значение сравнивается с предельно допустимой нагрузкой Pmx для данного шпиндельного узла Если действующая нагрузка не превышает допустимую, то система переходит к дальнейшему анализу состояния осевых нагрузок в подшипниках опоры электрошпинделя В противном случае осуществляется непосредственный переход в режим компенсации радиальной нагрузки Алгоритм предусматривает пять режимов работы

Каждый режим управляется функцией разрешения (Н31, НЗЗ, Н35, Н37, Н39) и функцией отмены заданного режима (альтернативные функции Н32, Н34, Н36, Н38, Н40) Режим Н31 - представляет собой режим управления приводом подачи, НЗЗ -режим управления приводами подачи и главного движения при постоянной оборотной подаче, Н35 - режим управления, с использованием дополнительного устройства

коррекции натяга, Н37 - режим управления приводом главного движения, обеспечивающий автоматизированный поиск минимума силы резания, Н39 - режим контроля допустимых натягов опоры шпиндельного узла

Все данные функции - одной группы Это необходимо для того, чтобы избежать ошибочного включения в кадр УП двух функций одновременно Функции являются модальными, то есть действуют более одного кадра программы (до тех пор, пока не будет введена любая из других функций) Это свойство позволяет упростить написание текста УП и сократить лишнее количество операторов Программа составлена таким образом, чтобы самой инициировать начало ее исполнения и прерывать ее в тех случаях, когда ее выполнение не требуется (например, при отсутствии резания)

Предлагаемые режимы регулирования и стабилизации натяга разработаны с учетом перспективы развития инструментальных и обрабатываемых материалов Расширенные возможности технологической системы позволяют не только осуществить обработку заданной заготовки с полным контролем силовых параметров шпиндельного узла, но и провести поисково-исследовательские работы в более широком диапазоне изменения скоростей и подач, например, по режимам резания труднообрабатываемых материалов, сведя риск поломки дорогостоящего оборудования к минимуму

Режим управления натягом (рис 6) за счет дополнительного устройства коррекции натяга, либо предложенным электрошпинделем с управляемым натягом, включается функцией Н35 В этом режиме в процессе резания контролируются такие параметры, как крутящий момент (по датчику тока) и угловая скорость шпинделя привода главного движения, тангенциальная составляющая силы резания нагрузка P1 ab на подшипники опоры шпиндельного узла

Целевой функцией является сохранение работоспособности опоры по критерию допустимого натяга подшипников

В процессе работы системы происходит уточнение границ допустимых натягов (верхней и нижней границ) с учетом скоростного режима шпиндельного узла В том случае, если величины натягов подшипников находятся в допустимых пределах УImulefy^Plae^PУшкС®)}, регулирование не происходит Однако, если величина натяга хотя бы одного из подшипников выйдет за текущие допустимые пределы, устройство натяга будет корректировать её до тех пор, пока не восстановится работоспособность опоры Так как устройство натяга в зависимости от полярности управляющего напряжения может как увеличивать, так и уменьшать величину текущего натяга, то в программе предусмотрен анализ направления внешней нагрузки (составляющей силы резания), приложенной к опоре Для этого с небольшим интервалом времени Ас счи-тываются показания текущего положения привода подачи по координате Z И, в зависимости от знака полученной разности координат, выдается соответствующий сигнал управления на дополнительное устройство натяга

Предложенный режим управления натягом реализован программно, с помощью программы логики (ПЛ) УЧПУ класса NC (УЧПУ серии 4С) Программирование осуществлялось на проблемно-ориентированном языке "Сипром" ("PLC"), входящего как стандартный программный модуль в большинство систем ЧПУ, предназначенный для разработки программ управления автоматикой, и используемый в качестве интерфейса для связи УЧПУ и электроавтоматики станка, и его оборудования

Показано, что управление натягом программным способом возможно в любом современном УЧПУ, а для большинства станков, оснащенных УЧПУ класса NC и УЧПУ серии 4С, предложенная программа управления натягом реализуется с учетом

параллельного с управляющей программой процесса, необходимого для соответствующих вычислений.

Рис. б. Алгоритм работы системы управления натягом в режиме Н35

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке разработанных теоретических положений по управлению Натягом подшипников в шпиндельных узлах.

Для этого было проведено исследование на основе машинного эксперимента в среде МайаЪ^шиНпк, целью которого является экспериментальная проверка возможности применения предложенной конструкции шпиндельного узла и алгоритма управления натягом его опор в технологической системе резания.

Технологическая система резания (рис. 7) представлена в виде динамической модели, включающей в себя следующие подсистемы, блок ввода исходных параметров "Input Data", блок процесса резания "Process of Turning", динамическая несущая система станка "Dynamic system of Machine-Tool", источник энергии "Power AC" привода главного движения, источники энергии привода подачи "Power DC anker", "Power DC F", блок асинхронного привода "AC subsystem", блок привода постоянного тока "DC subsystem", пускатель ДПТ "Motor Starter", блок шпиндельного узла "Орога", блок обратной связи по моменту нагрузки привода подачи "Transmission", блок обратной связи по скорости подачи "S-Subsystem ", блок регулятора осевого натяга подшипников шпиндельного узла "Regulator", блок определения текущего требуемого натяга "Plmax(G>)", а также блок устройства создания дополнительного натяга "Preload device" В качестве примера показаны внутренние структуры блока "Орога" (рис. 8), модели встройки измерительного преобразователя в привод главного движения (рис 9), блока "Pimax(C0)" (рис. 10).

Разработанная динамическая модель технологической системы позволяет учесть влияние параметров шпиндельного узла, несущей системы, приводов подачи и главного движения, неравномерности припуска и физико-механических свойств обрабатываемого материала, и т.д Особенностью данной модели является имитация динамических нелинейных нагрузок, связывающих в единую систему приводы подачи и главного движения, что позволяет получить характеристики с высокой достоверностью не только установившихся, но и переходных режимов (в том числе, при пуске двигателей, врезании инструмента в заготовку и т.д )

Рис. 7. Модель технологической системы резания

Рис. 8 Модель погружения подшипников

Рис. 9. Модель встройки измерительного преобразователя в привод главного движения

Рис 10 Модель подсистемы задания допустимого предварительного натяга в зависимости от текущей угловой скорости шпинделя

Все подсистемы в модели технологической системы позволяют провести исследование работы как в рамках единой технологической системы, так и в качестве самостоятельных моделей Так, подсистема "Орога" позволяет подобрать такие параметры опоры, при которых обеспечиваются оптимальные соотношения для восприятия внешних сил, что позволяет на стадии проектирования шпиндельных узлов значительно повысить надежность подшипниковых опор, обеспечить заданную жесткость узла и сохранить требуемую точность вращения шпинделя

Блок "Р1тах(С0)" предназначен для задания максимальных и минимальных допустимых натягов в зависимости от текущей угловой скорости шпинделя Использование данного блока позволяет повысить производительность резания путем задания более высоких натягов в области низких и средних частот вращения (рис 11) Это позволяет повысить нагрузочную способность шпиндельного узла и работать при более тяжелых режимах, обеспечивая значительное повышение производительности резания

Рис 11 Зависимость величины максимального и минимального допустимых натягов для одного подшипника от угловой скорости шпинделя

Система работает следующим образом

В зависимости от текущих режимов резания и накладываемых ограничений на опору по осевым и радиальным усилиям, блок "Regulator" формирует сигнал управления dU, который поступает на устройство создания дополнительного натяга "Preload device" В результате срабатывания устройства происходит перераспределение осевых нагрузок в опоре шпиндельного узла, что обеспечивает сохранение натягов в допустимых пределах, соответствующих текущей частоте вращения шпинделя

Для запуска модели необходимо задать исходные данные - глубину резания, диаметр обрабатываемой поверхности, количество и тип подшипников в опоре, величину осевого предварительного натяга, максимальные нагрузки на один подшипник при максимальных и минимальных частотах вращения, номинальные параметры приводов подачи и главного движения

Модель исследовалась при различных количествах подшипников и глубинах резания, начиная с 0,1 мм до 10 мм, при изменении осевой силы до 5000 Н, а радиальной -до 6000 Н

Нагружение осевыми и радиальными силами имитировалось различными режимами процесса резания, в том числе за счет изменения глубины резания

Результаты моделирования опоры шпиндельного узла (подсистема "Орога"), для случая нагружения опоры силой предварительного натяга, при различных сочетаниях осевых и радиальных сил, приведены на рис 12 рис 15

В ходе исследования изменения натяга в подшипниках опоры установлено, что неравномерность распределения осевого натяга между телами качения может как увеличиваться, так и уменьшаться

Рис 12 Изменение натяга при погружении подшипников А и В передней опоры радиальной силой Рг = 4000 Н при Рй = ОН

Рис. 13. Изменение натяга в подшипниках А и В передней опоры при одновременной аксиальной и радиальной нагрузках (Р, = 4000 Н, Ра = 0 3500 Н)

ШШШШШШШШШШШШШШШШШШШЯШШШШШВ&Л!^__

А1313 ВйЧ

Рис. 14. Изменение натяга в подшипниках А и В передней опоры при одновременной аксиальной и радиальной нагрузках (Рг - 1000 Н, Ра = 0 3500 Н)

ШШШШШШШШШШвШШШЯШШШШЯШШШШШШШКШл - ' jniij

,аш\.\pg>t> Aug Bsn

Рис. 15. Изменение натяга в подшипниках А и В передней опоры при погружении осевой силой Ра = 0 . .. 3500 Н при Рг = О Н

Результаты моделирования технологической системы без устройства натяга показывают, что при глубине резания мм нагрузка на подшипники превышает максимально-допустимые (рис. 16). В случае использования устройства натяга наблюдается значительное уменьшение нагрузок на опору, рис. 17.

Анализ результатов исследования показал, что устройство натяга позволяет снизить нагрузку на опору до допустимых величин; существенное влияние устройства проявляется с увеличением глубины резания, что подтверждает целесообразность его использования.

Для оценки влияния устройства натяга на процесс регулирования в модели технологической системы резания проведен следующий эксперимент. При глубине резания t = 8 мм, задавались различные параметры в блоке настройки устройства натяга "Preload device". Исследование проводилось со следующими значениями постоянной времени устройства натяга: 0,001; 0,01; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0.

В ходе исследования установлено, что малые значения постоянной времени устройства натяга (0,001 ...0,1) имеют практически одинаковые характеристики переходного процесса рис. 18. При больших значениях постоянной времени (0,25...1,0) вначале наблюдается скачок нагрузки на подшипники, вызванный инерционностью устройства натяга, затем нагрузка понижается на заданный уровень, рис. 19.

Анализ графиков позволил сделать вывод, что в технологической системе желательно использовать устройства с величиной постоянной времени не более 0,1 с.

ЩЕШВХШШШЯвШШШЯвввЯЯЯШвЯШЯШ/^ *__

:0а РРР ЛОВ В&Ч

Рис. 16. Изменение натяга подшипников А и В передней опоры без устройства натяга ^ = 8 мм)

Рис. 17. Изменение натяга подшипников Аи В передней опоры при работе устройства натяга ^ = 8 мм)

Рис 18 Изменение натяга подшипников при работе устройства натяга (I = 8мм, постоянная времени - 0,001)

Рис 19 Изменение натяга подшипников при работе устройства натяга (I = 8мм, постоянная времени - 0,5)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Проведен анализ устройств создания и регулирования натяга подшипников шпиндельных узлов и выявлена необходимость разработки как теоретической базы по управлению натягом, так и новых конструкций шпиндельных узлов с управляемым натягом подшипников, обладающих более высокими технико-экономическими характеристиками

2 Получены аналитические зависимости для определения величин реального натяга в опорах шпиндельного узла с учетом конструктивных особенностей установки подшипников, внешних сил и величины предварительного (монтажного) натяга

3 Установлено, что в результате сил предварительного натяга передние подшипники, ориентированные навстречу ожидаемой осевой нагрузки, при сборке опоры являются недогруженными, а задние подшипники опоры - перегруженными Показано, что с увеличением внешней осевой силы нагрузка на передние подшипники опоры увеличивается, а на задние подшипники - уменьшается

4 Установлено, что внешняя осевая нагрузка при установке подшипников с предварительным натягом по схеме "ВАСК-ТО-ВАСК" воспринимается не только передними, но и задними подшипниками При недостаточном предварительном натяге или чрезмерной осевой внешней силе происходит раскрытие стыка в задних подшипниках, что сопровождается повышенным тепловыделением в опоре При этом внешняя осевая сила будет восприниматься только передними подшипниками

5 Показано, что в результате действия радиальной силы в подшипнике, смонтированном с предварительным осевым натягом, в половине тел качения величина натяга увеличивается, в остальных - уменьшается При этом результирующая осевая сила остается постоянной и равной величине силы осевого натяга

Исходя из этого возникает необходимость контроля осевых и радиальных нагрузок, действующих на подшипник, так как, во-первых, это позволяет оценить работоспособность опоры по критерию допустимых нагрузок, а, во-вторых, что особенно важно для быстроходных шпиндельных узлов, сравнить действующую нагрузку с минимально требуемой для компенсации гироскопического момента (то есть оценить работоспособность опоры по критерию минимального тепловыделения)

6 Получены аналитические зависимости для расчета оптимального количества передних и задних подшипников в зависимости от величины предварительного натяга в опоре, внешних сил и конструктивных параметров подшипников

7 Предложены конструкции шпиндельных узлов, обеспечивающие в процессе работы регулирование натяга подшипников в зависимости от внешней нагрузки

8 Предложен способ косвенной оценки действующего натяга в подшипниках опоры на основе использования информации, получаемой от тахогенератора и измерительного преобразователя положения инструмента по оси Х СЧПУ Данный подход позволяет упростить аппаратную часть системы и сохранить высокую жесткость несущей системы, так как использование дополнительных тензометрических узлов в шпиндельном узле или суппорте не требуется

9 Предложен способ регулирования, который реализуется программным путем и учитывает изменения допустимого натяга подшипников в зависимости от реальной частоты вращения шпинделя

10 На основе разработанного алгоритма управления натягом, реализующего несколько режимов стабилизации, управления и контроля натяга, разработан фрагмент программного модуля управления натягом

11 Проведено моделирование работы технологической системы резания, включающей в себя процесс резания, несущую механическую систему со шпиндельным узлом и устройством регулирования натяга, приводы подачи и главного движения, измерительные преобразователи, подтвердившее адекватность предлагаемых технических решений и работоспособность разработанного алгоритма управления натягом

12 Реализован регулятор натяга, обеспечивающий работу шпиндельного узла в соответствии с разработанным алгоритмом управления

13 Предлагаемый комплекс решений позволяет повысить производительность обработки на 25 30% В областях низких и средних частот вращения повышение точности обработки может составить 5 10%

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Курнасов Е В Автоматизированная система управления натягом подшипников качения в шпиндельных узлах // Новые информационные технологии сборник трудов пятой Всероссийской юбилейной научно-технической конференции М МГАПИ, 2002 с 111-113

2 Курнасов Е В Классификация устройств натяга подшипников качения в шпиндельных узлах // Сборник трудов молодых ученых и специалистов МГАПИ Выпуск №4 М МГАПИ, 2002 с 51-57

3 Кушнир А П , Курнасов Е В Аналитическое исследование перераспределения нагрузок в опорах качения шпиндельных узлов в зависимости от внешних сил и величин технологического натяга // Технологические процессы и материалы в машиностроении и приборостроении материалы научно-технической конференции М МГАПИ, 2003 с 144 - 148

4 Кушнир А П , Курнасов Е В Повышение надежности приборных шарикоподшипниковых опор на стадии проектирования с учетом ожидаемых условий работы шпиндельного узла // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права научные труды VI Международной научно-практической конференции М МГАПИ, 2003 с 106-111

5 Пат 2230652 РФ, МПК В24В41/04, В23В19/02 Электрошпиндель / Кушнир А П , Курнасов Е В (РФ) № 2002126720/02, Заявл 08 10 02 // Изобретения Полезные модели 2004 №17 ЧП с 400

6 Курнасов Е В Использование современных технологий в исследовании динамических процессов на стадии проектирования высокоскоростных прецизионных шпиндельных узлов // Математическое моделирование и управление в сложных системах сборник научных трудов Выпуск 7 М МГАПИ, 2004 с 32-38

7 Курнасов Е В Конструкции устройств создания и регулирования предварительного натяга подшипников в шпиндельных узлах на опорах качения // Справочник Инженерный журнал М Машиностроение, 2004 №9 с 2 3-31

8 Курнасов Е В Метод обеспечения оптимальных условий работы подшипниковых опор высокоскоростных шпиндельных узлов // Вестник машиностроения М Машиностроение, 2004 №9 с 29-31

9 Курнасов Е В Конструкции устройств создания и регулирования предварительного натяга подшипников в шпиндельных узлах на опорах качения Продолжение //Справочник Инженерный журнал М Машиностроение, 2004 №10 с 34-41

10 Кушнир А П , Курнасов Е В Моделирование мехатронной технологической системы резания // Мехатроника М Машиностроение, 2005 №2 с 53-56

ОШ - 06 Í3

i .1 \

? , i s »

2 2 map ад

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ компоновочных схем шпиндельных узлов и влияние предварительного натяга на их характеристики.

1.1. Требования, предъявляемые к шпиндельным узлам.

1.2. Основные компоновочные схемы шпиндельных узлов.

1.3. Методы создания предварительного натяга в опорах качения.

1.4. Влияние предварительного натяга на жесткость опор.

1.5. Влияние предварительного натяга на долговечность опор.

1.6. Влияние предварительного натяга на потери на трение.

1.7. Влияние предварительного натяга на точность обработки.

1.8. Выводы.

2. Анализ устройств создания натяга в опорах шпиндельного узла.

2.1. Классификация устройств создания натяга.

2.2. Устройства создания предварительного натяга опор качения.

2.3. Устройства с регулируемым предварительным натягом.

2.4. Устройства с управляемым натягом.

2.5. Постановка задачи исследования.

3. Теоретические предпосылки управления натягом в опорах качения шпиндельных узлов.

3.1. Разработка модели распределения натяга в подшипниках опоры.

3.2. Синтез устройства натяга.

3.3. Вывод соотношений для косвенной оценки нагрузки на опору шпиндельного узла.

3.4. Разработка алгоритма управления натягом.

3.5. Разработка программного модуля управления натягом.

3.6. Выводы.

4. Моделирование технологической системы резания с устройством натяга.

4.1. Моделирование натяга в опоре шпиндельного узла.

4.2. Моделирование системы процесс резания - динамическая несущая система станка.

4.3. Моделирование измерительного преобразователя тангенцальной составляющей силы резания.

4.4. Моделирование регулятора натяга.

4.5. Исследование процессов в технологической системе резания с регулируемым натягом опор.

Шпиндельный узел является одним из основных конструктивных элементов металлорежущих станков. Повышение технического уровня металлорежущих станков в первую очередь связано с совершенствованием характеристик и расширением функциональных возможностей высокоскоростных прецизионных шпиндельных узлов, широко применяемых в настоящее время. Применение высокоскоростных шпиндельных узлов в приводе главного движения обеспечивает более высокую производительность и качество изготавливаемых деталей.

Большой вклад в развитие высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения принадлежит A.M. Фигатнеру, С.Е. Бондарю, В.А. Лизогубу.

Широкое применение в конструкциях опор высокоскоростных шпиндельных узлов получили радиально-упорные шарикоподшипники, способные воспринимать как радиальные нагрузки, так и осевые.

Одним из факторов, ограничивающим применение высоких скоростей резания при обработке, является устанавливаемый предварительный натяг подшипников, в большей степени это относится к конструкции передней опоры шпиндельного узла, непосредственно приближенной к консоли вала-ротора. Завышенная величина натяга приводит к чрезмерному нагреванию подшипников, а это ведет к их «заклиниванию» и преждевременному выходу из строя, что отрицательно сказывается на надежности и долговечности всего шпиндельного узла. Слишком малая величина предварительного натяга способствует снижению точности формы обрабатываемой поверхности, увеличению амплитуды вибраций и шероховатости обрабатываемой поверхности, что также отрицательно сказывается на качестве и производительности обработки изделий на станке.

Выбор величины предварительного натяга осложняется тем, что конструктор назначает монтажное значение натяга, т. е. то значение, которое устанавливается во время монтажа и регулирования опор шпиндельного узла. Во время работы в зависимости от величины и режима нагрузки, частоты вращения шпинделя, смазки, условий охлаждения стенок корпуса шпиндельного узла, либо вследствие износа тел и дорожек качения подшипников величина натяга резко изменяется и значительно отличается от установленной при монтаже. Для прецизионных и скоростных шпиндельных узлов станков, где требуется точная регулировка величины зазора-натяга, это явление существенно.

Как правило, устанавливаемая величина предварительного натяга рассчитывается на усредненные режимы работы шпиндельного узла и не регулируется в процессе работы ни от степени износа подшипников, ни от режимов резания, ни от нагрева опор. Кроме того, недостатками многих шпиндельных узлов являются завышенная величина предварительного натяга (с учетом спектра жестких режимов работы), его неуправляемое изменение в зависимости от температурного режима работы подшипников и износа их элементов. При этом увеличение температуры подшипника в зависимости от режимов и продолжительности работы обычно приводит к увеличению натяга, что может вызвать ухудшение динамических характеристик, а также ускоряет износ, т.е. уменьшает срок службы шпиндельного узла.

Регулирование величиной натяга подшипников в процессе эксплуатации значительно расширяет функциональные возможности высокоскоростных шпиндельных узлов. Установка в опорах шпиндельного узла требуемого натяга с возможностью осуществления его управления в процессе эксплуатации позволяет существенно снизить тепловыделение в опорах узла, а следовательно, уменьшить тепловые деформации станка, затраты на охлаждение узла и потери энергии на трение в подшипниках. Это позволяет при сохранении высокой нагрузочной способности узла получить высокий квалитет точности обработки, а также использовать более высокие скорости резания. Таким образом, одновременно может решаться две задачи - повышение производительности при сохранении высокой точности обработки деталей на станке.

Следует отметить, что данный вопрос ввиду его сложности изучен теоретически недостаточно.

Имеющиеся отдельные экспериментальные материалы посвящены, в основном, исследованию влияния предварительного натяга, величина которого не регулируется в процессе работы.

Кроме того, исследования касались, как правило, отдельных узлов, а не всей технологической системы, представляющей собой комплекс взаимосвязанных элементов и включающей в себя несущую систему со шпиндельным узлом, приводы подачи и главного движения, систему управления, измерительные преобразователи, процесс резания и программное обеспечение системы ЧПУ металлорежущего станка.

Исходя из выше изложенного можно сделать вывод о том, что тема данной диссертационной работы является актуальной.

Целью работы является повышение производительности при сохранении заданной точности механической обработки на основе адаптации шпиндельных узлов к условиям эксплуатации посредством использования совокупности конструктивных, схемотехнических и программных решений, обеспечивающих оптимальный натяг в опорах шпиндельного узла в процессе его работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ влияния натяга опор на работоспособность шпиндельных узлов.

2. Разработать математическую модель распределения натяга в подшипниках опоры шпиндельного узла.

3. Разработать алгоритм управления натягом.

4. Предложить комплекс конструкторско-технических решений управления натягом опор шпиндельных узлов.

5. Провести практическую апробацию предложенных решений.

Общие выводы

1. Проведен анализ устройств создания и регулирования натяга подшипников шпиндельных узлов и выявлена необходимость разработки как теоретической базы по управлению натягом, так и новых конструкций шпиндельных узлов с управляемым натягом подшипников, обладающих более высокими технико-экономическими характеристиками.

2. Проведено аналитическое исследование распределения натяга в подшипниках опоры при сборке и в процессе эксплуатации шпиндельного узла. В ходе проведения исследования установлено следующее.

В результате сил предварительного натяга передние подшипники, ориентированные навстречу ожидаемой осевой нагрузки, при сборке опоры являются недогруженными, а задние подшипники опоры - перегруженными.

С увеличением внешней осевой силы нагрузка на передние подшипники опоры увеличивается, а на задние подшипники - уменьшается.

При установке подшипников с предварительным натягом по схеме "ВАСК-ТО-ВАСК" внешняя осевая нагрузка воспринимается не только передними, но и задними подшипниками.

При недостаточном предварительном натяге или чрезмерной осевой внешней силе происходит раскрытие стыка в задних подшипниках, что сопровождается повышенным тепловыделением в опоре. При этом внешняя осевая сила будет восприниматься только передними подшипниками.

3. Получены аналитические зависимости для определения величин реального натяга в опорах шпиндельного узла с учетом конструктивных особенностей установки подшипников, внешних сил и величины предварительного (монтажного) натяга.

4. В радиально-упорных подшипниках смонтированных без натяга даже при чисто радиальной нагрузке возникает осевая сила, зависящая от угла контакта подшипника и пропорциональная радиальной нагрузке. Показано, что с увеличением частоты вращения шпинделя осевая нагрузка в опоре (под действием сил инерции, приложенных к телам качения) также возрастает.

В результате действия радиальной силы в подшипнике, смонтированном с предварительным осевым натягом, в половине тел качения величина натяга увеличивается, в остальных - уменьшается. При этом результирующая осевая сила остается постоянной и равной величине силы осевого натяга.

Исходя из этого возникает необходимость контроля осевых и радиальных нагрузок, действующих на подшипник, так как, во-первых, это позволяет оценить работоспособность опоры по критерию допустимых нагрузок, а, во-вторых, что особенно важно для быстроходных шпиндельных узлов, сравнить действующую нагрузку с минимально требуемой для компенсации гироскопического момента (то есть оценить работоспособность опоры по критерию минимального тепловыделения).

5. Получены аналитические зависимости, определяющие оптимальные соотношения для нагрузки подшипников с учетом величин максимального и минимального допустимых натягов в подшипниках.

6. Получены аналитические зависимости для расчета оптимального количества передних и задних подшипников в зависимости от величины предварительного натяга в опоре, внешних сил и конструктивных параметров подшипников.

7. Предложены конструкции шпиндельных узлов, обеспечивающие в процессе работы регулирование натяга подшипников в зависимости от внешней нагрузки.

8. Предложен способ косвенной оценки действующего натяга в подшипниках опоры на основе использования информации, получаемой от тахогенератора и измерительного преобразователя положения инструмента по оси X СЧПУ. Данный подход позволяет упростить аппаратную часть системы и сохранить высокую жесткость несущей системы, так как использование дополнительных тен-зометрических узлов в шпиндельном узле или суппорте не требуется.

9. Разработан алгоритм управления натягом, реализующий несколько режимов стабилизации, управления и контроля натяга.

10. Предложен способ регулирования, который реализуется программным путем и учитывает изменения допустимого натяга подшипников в зависимости от реальной частоты вращения шпинделя.

11. Разработан фрагмент программного модуля управления натягом. Показано, что предлагаемое программное обеспечение может быть реализовано как в существующих системах, так и в перспективных моделях СЧПУ.

12. Разработана динамическая модель технологической системы, позволяющая проводить исследования как всей системы, так каждого из ее блоков по отдельности — процесса резания, измерительных преобразователей, несущей системы, приводов подачи, главного движения, опор шпиндельного узла, устройств создания и регулирования натяга.

13. Реализован регулятор натяга, обеспечивающий работу шпиндельного узла в соответствии с разработанным алгоритмом управления.

14. В результате эксперимента установлено, что использование разработанного алгоритма управления позволяет сохранять работоспособность опоры шпиндельного узла в широком диапазоне изменения внешней нагрузки.

15. Проведенное моделирование технологической системы резания, подтвердило адекватность предлагаемых технических решений и работоспособность разработанного алгоритма управления натягом.

16. Предлагаемый комплекс решений позволяет повысить производительность обработки на 25.30%. В областях низких и средних частот вращения повышение точности обработки может составить 5. 10%.

1. Астанин В.О., Каган В.Г. и др. Косвенный способ определения силы резания на металлорежущих станках // Станки и инструмент. № 9. 1987. с. 26-27.

2. Баклыков В. Г., Фигатнер А. М. Высокоскоростной шпиндельный узел для силового резания // Станки и инструмент. № 12. 1990. с. 26-28.

3. Баласаньян B.C., Васильев A.B., Фигатнер A.M. Подшипники шпиндельных узлов металлорежущих станков // Станки и инструмент. № 2. 1992. с. 28-30.

4. Бальмонт В.Б., Горелик И.Г., Левин A.M. Влияние частоты вращения на упругодеформационные свойства шпиндельных шарикоподшипников // Станки и инструмент. № 7. 1986. с. 15-17.

5. Бальмонт В.Б., Горелик И.Г., Фигатнер A.M. Расчеты высокоскоростных шпиндельных узлов. М.: ВНИИТЭМР, 1987. 52 с.

6. Бальмонт В.Б., Журавлев В.Ф. Упругие свойства быстровращающегося шарикоподшипника//Машиноведение. № 4. 1985. с. 7-16.

7. Бедняшин А.Е. Способы повышения точности вращения шпинделей на опорах качения // СТИН. №4. 2001. с. 14-16.

8. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1975. 574 с.

9. Блаер И.Л., Макаров В.В., Комаров Н.В. Способ регулирования и контроля радиального зазора подшипников качения. Авторское свидетельство СССР № 898146. МКИ F16C25/00. 1982.

10. Бромберг Б.М., Дубиненко А.Ф. и др. Опора качения. Авторское свидетельство СССР № 375414. МКИ F16C25/06. 1973.

11. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. М.: Высш. шк., 1990. 528 с.

12. Бушуев В.В. Станочное оборудование автоматизированного производства. Т.1. М.: Изд-во "Станкин", 1993. 584 с.

13. Витес Б.И., Збарский Ю.Ш. и др. Шпиндельный узел металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 1634369. МКИ В23В19/02. 1991.

14. Герасимов И.К., Ерохов A.M. и др. Устройство для регулировки осевого натяга подшипника качения. Авторское свидетельство СССР № 638758. МКИ F16C25/06. 1978.

15. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

16. Головатенко В.Г., Скорынин Ю.В. и др. Шпиндель металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 986610. МКИ В23В19/02. 1981.

17. Головатенко В.Г., Скорынин Ю.В., Минченя Н.Т. Способ повышения точности вращения вала-ротора электрошпинделя // Станки и инструмент. № 6. 1983. с. 15-16.

18. Головатенко В.Г., Скорынин Ю.В. и др. Шпиндель металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 1484649. МКИ В24В41/04. 1989.

19. Гольдрайх Г.М., Капительман JI.B., Джугурян Т.Г. Повышение точности и быстроходности шпиндельных узлов отделочно-расточных станков // Станки и инструмент. № 4. 1995. с. 13-17.

20. Горбунов Б.И. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки. М.: Машиностроение, 1981. 287 с.

21. Горленко O.A., Малашенко В.М. Оценка состояния привода главного движения по энергетическим показателям // СТИН. №7. 2003. с. 20-22.

22. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985.304 с.

23. Данильченко Ю.М., Фигатнер А.М. и др. Повышение точности вращения высокоскоростных шпиндельных узлов на подшипниках качения // Станки и инструмент. № 7. 1987. с. 16-18.

24. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.2. / Под ред. Д.Н. Ре-шетова. М.: Машиностроение, 1972. 520 с.

25. Добровольский И.Н. и др. Выбор электропривода подач робототехниче-ских комплексов. М.: МИП, 1993. 95 с.

26. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. М.: Издательский центр "Академия", 2003.496 с.

27. Дьяконов В.П. Simulink 4. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. 528 с.

28. Елизаров С.П. Опора качения вала. Патент РФ № 2052680. МКИ F16C25/06. 1996.

29. Жуков Э.Л., Козарь И.И., Розовский Б.Я. и др. Технология машиностроения: Учеб. пособие / С.Л. Мурашкина. Часть I. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. 190 с.

30. Зверев И.А., Аверьянова И.О. Комплексная математическая модель функционирования высокоскоростных шпиндельных узлов на опорах качения // Станки и инструмент. № 1. 1995. с. 15-18.

31. Караев М.Ф., Схиртладце А.Г. Повышение эффективности адаптивного управления на токарных станках с ЧПУ // СТИН. №6. 1996. с. 21-24.

32. Касылкасов Ж.М., Сарсембаев А.И. Способ регулировки предварительного натяга в подшипниках качения подшипникового узла. Авторское свидетельство СССР № 1754948. МКИ F16C25/06. 1992.

33. Клепиков С.И. Вибротермотрибологическое моделирование шпиндельных узлов станков // СТИН. №1. 1998. с. 3-4.

34. Ковалев М.П., Народецкий М.З. Расчет высокоточных шарикоподшипников. М.: Машиностроение, 1980. 374 с.

35. Колев Н.С., Красниченко J1.B., Никулин Н.С., и др. Металлорежущие станки. Учеб. пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1980. 500 с.

36. Коргичев Э.В., Оснач О.Т. и др. Подшипниковая опора. Авторское свидетельство СССР № 551457. МКИ F16C25/06. 1975.

37. Коргичев Э.В., Оснач О.Т. и др. Подшипниковая опора. Авторское свидетельство СССР № 530969. МКИ F16C25/06. 1976.

38. Коргичев Э.В. Способ регулировки натяга в радиально-упорных подшипниках шпиндельного узла. Авторское свидетельство СССР № 1098671. МКИ В23В19/02. 1984.

39. Королев Э.Г., Юденков И.П., Арапов А.Н. Мотор-шпиндели для станков с ЧПУ // Станки и инструмент. № 12. 1986. с. 8-9.

40. Коротченко В.А. Шпиндельный узел станка. Авторское свидетельство СССР № 1773570. МКИ В23В19/02. 1992.4L Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

41. Крит A.C., Равва Ж.С. и др. Устройство для повышения технологической надежности шпиндельного узла. Авторское свидетельство СССР № 1351717. МКИ В23В19/02. 1987.

42. Крючков Г.Н. Способ эксплуатации однорядных радиальных шарикоподшипников и узел для его осуществления. Патент России № 2006698. МКИ F16C25/06. 1994.

43. Кудинов В.А. Динамика станка. М.: Машиностроение, 1967. 360 с.

44. Кудинов В.А. Автоколебания на низких и высоких частотах (устойчивость движений) при резании // СТИН. № 2. 1997. с. 16-22.

45. Курневич Е.С. Устройство для регулирования натяга подшипников качения. Авторское свидетельство СССР № 1206517. МКИ F16C25/06. 1986.

46. Кучер И.М. Металлорежущие станки. JL: Машиностроение, 1970. 720 с.

47. Леванцевич М.А., Скорынин Ю.В. Пути повышения долговечности скоростных электрошпинделей // Станки и инструмент. № 10. 1986. с. 15-16.

48. Левина З.М. Расчет жесткости современных шпиндельных подшипников // Станки и инструмент. №10. 1982. с. 1-3.

49. Левина З.М. Методы автоматизированного расчета шпиндельных узлов и несущих систем станков как средство обеспечения их точности / Под ред. Б.И. Черпакоба. Ч. 1. М.: ЭНИМС, 1996. 66 с.

50. Лещенко В.А., Богданов H.A., Вайнштейн И.В. и др. Станки с числовым программным управлением (специализированные) / Под общ. ред. В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1988. 568 с.

51. Лизогуб В.А. Несущие системы и шпиндельные узлы металлорежущих станков. М.: ВЗМИ, 1977. 122 с.

52. Лизогуб В.А. Определение радиального зазора-натяга в подшипниках качения точных опор станков // Станки и инструмент. №11. 1972. с. 17-18.

53. Лизогуб В.А. Конструирование и расчет шпиндельных узлов на опорах качения // Станки и инструмент. №5. 1980. с. 18-20.

54. Лизогуб В.А. Проектирование шпиндельных узлов, направляющих и механизмов подач металлорежущих станков и станочных комплексов. Учебное пособие. М.: Изд-во "МИЛ", 1992. 90 с.

55. Лизогуб В.А., Сиротенко А.П. и др. Подшипниковая опора. Авторское свидетельство СССР№ 1754334. МКИ В23В19/02. 1992.

56. Лизогуб В.А., Кушнир А.П. и др. Высокоскоростной шпиндельный узел. Авторское свидетельство СССР № 1814971. МКИ В23В19/02, В24В41/04. 1993.

57. Лизогуб В.А., Проворов А.Ю. Проектирование компоновочных схем шпиндельных узлов на опорах качения // Станки и инструмент. № 12. 1995. с. 1316.

58. Лизогуб В.А. Научные основы конструирования и технологии шпиндельных узлов металлорежущих станков. М.: ООО Издательство "Научтехлитиз-дат", 2002. 128 с.

59. Линкова Г.Г, Ломакин К.В., Гликлих М.М. Определение оптимального предварительного натяга дуплексированных радиально-упорных подшипников головок алмазно-расточных станков // Станки и инструмент. №1.1967. с. 5-8.

60. Маеров А. Г. Анализ особенностей шпиндельных узлов токарных и многоцелевых станков // Станки и инструмент. № 6. 1991. с. 22-24.

61. Макаров В.В. Шпиндельный узел. Авторское свидетельство СССР № 1287978. МКИВ23В19/02. 1987.

62. Машиностроение. Энциклопедия. / Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. Т. IV-1 / Под общ. ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1995. 864 с.

63. Минченя Н.Т., Шапарь В.А. и др. Шпиндельное устройство. Авторское свидетельство СССР № 795913. МКИ В24В41/04. 1981.

64. Минченя В.Т., Минченя Н.Т. и др. Шпиндель металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 1076269. МКИ В24В41/04. 1984.

65. Минченя Н.Т., Скорынин Ю.В. и др. Шпиндель металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 1386416. МКИ В24В41/04. 1988.

66. Минченя Н.Т., Удовидчик П.А. и др. Электрошпиндель. Авторское свидетельство СССР № 1784407. МКИ В23В19/02, В24В41/04. 1992.

67. Михайлов О. П., Веселов О. В. Экспериментальное определение параметров привода металлорежущих станков // Станки и инструмент. № 8. 1990. с. 9-10.

68. Михин A.B., Спиридонов О.В., Схиртладзе А.Г., Харламов Г.А. Производство деталей металлорежущих станков: Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 2001. 560 с.

69. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. 368с.

70. Народецкий М.З. Распределение осевой нагрузки между произвольным числом подшипников, установленных по способу тандем // Труды ВНИПП. №3. 1970. с. 3-9.

71. Народецкий М.З. Динамика высокооборотного радиально-упорного шарикоподшипника // Труды ВНИПП. №4. 1971. с. 3-12.

72. Народецкий М.З. К расчету высокооборотных радиально-упорных шарикоподшипников под действием осевых нагрузок // Труды ВНИПП. №1. 1973. с. 21-32.

73. Никитин П.И. Шпиндель шлифовального станка. Авторское свидетельство СССР № 631320. МКИ В24В41/04. 1978.

74. Оснач О.Т. Шпиндельные узлы с автоматическим регулированием усилия натяга в опорах// Станки и инструмент. № 11. 1983. с. 14-16.

75. Патент 2230652 РФ, МПК В24В41/04, В23В19/02. Электрошпиндель / Кушнир А.П., Курнасов Е.В. (РФ). № 2002126720/02; Заявл. 08.10.02 // Изобретения. Полезные модели. 2004. №17.4.II. с. 400.

76. Перель Л.Я., Филатов A.A. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. М.: Машиностроение, 1992. 606 с.

77. Пигулевский В.Н., Скорынин Ю.В. и др. Шпиндель металлорежущего станка. Авторское свидетельство СССР № 1442380. МКИ В24В41/04. 1988.

78. Пигулевский В.Н., Удовидчик П.А. и др. Узел предварительного натяга подшипников качения. Авторское свидетельство СССР № 1580065. МКИ F16C25/06. 1990.

79. Пигулевский В.Н., Пигулевский H.A. и др. Регулятор натяга к шпинделям металлорежущих станков. Авторское свидетельство СССР № 1696255. МКИ В24В41/04. 1991.

80. Позмогов В.Н. Шпиндельный узел многооперационного станка. Авторское свидетельство СССР № 1786302. МКИ F16C25/06. 1993.

81. Попов В.А. Подшипниковая опора. Авторское свидетельство СССР № 1409792. МКИ F16C19/52. 1988.

82. Попов А.П., Дорогань И.В. и др. Подшипниковый узел с телами качения. Авторское свидетельство СССР № 1794211. МКИ F16C25/06. 1993.

83. Прийдак В.П. Шпиндельная опора. Авторское свидетельство СССР № 1784767. МКИ F16C25/06. 1992.

84. Пуш В.Э. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1986.256 с.

85. Пуш A.B., Зверев И.А. Многокритериальное проектирование шпиндельных узлов на опорах качения // Динамика технологических систем: Сб. докл. V Междунар. науч.-техн. конф. по динамике технологических систем. Ростов-на-дону: ДГТУ, 1997. с. 81-83.

86. Рейдман Л.Г. Определение монтажного зазора (натяга) роликоподшипников в шпиндельных узлах фрезерных станков высокой точности // Станки и инструмент. № 8. 1985. с. 13-14.

87. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. Коси-ловой А.Г. и Мещярикова P.K. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

88. Техническое описание высокоскоростных электрошпинделей модели ЭШ-15. ОАО «САВМА». №72011.090.03.120 (№72011.091.03.130).

89. Тэугес А.Н., Павлов А.Г. Управление зазором подшипника качения в шпиндельных опорах // Станки и инструмент. № 5. 1991. с. 15-16.

90. Ускорев В.Б., Белянчиков М.П. Подшипниковый узел. Авторское свидетельство СССР № 1789798. МКИ F16C19/52. 1976.

91. Фигатнер A.M. Шпиндельные опоры качения высокоточных станков. М.: ЦИНТИАМ, 1964. 75 с.

92. Фигатнер A.M. Влияние предварительного натяга роликоподшипников на работоспособность шпиндельных узлов высокоточных станков // Станки и инструмент. №2. 1967. с. 1-6.

93. Фигатнер A.M., Лизогуб В.А. Влияние посадок колец подшипников на работоспособность шпиндельных узлов // Станки и инструмент. №3. 1971. с. 1720.

94. Фигатнер A.M. Повышение точности шпиндельных узлов на подшипниках качения. М.: Машиностроение, 1974.42 с.

95. Фигатнер A.M. Общие сведения о шпиндельных узлах: Материалы по конструированию, смазыванию и монтажу шпиндельных узлов металлорежущих станков. М.: ЭНИМС, 1995. 50 с.

96. Хомяков B.C., Кириллов В.К. и др. Шпиндельный узел. Авторское свидетельство СССР № 1715505. МКИ В23В19/02. 1992.

97. Цитович И.С., Скорынин Ю.В. и др. Кинематика и долговечность подшипников качения машин и приборов. Мн.: Наука и техника, 1977. 176 с.

98. Юркевич В.В. Параметрическая точность шпиндельных узлов // СТИН. №9. 1998. с. 10-12.

99. Яковенко В.М. Устройство для регулирования осевого зазора подшипника. Авторское свидетельство СССР № 1488621. МКИ F16C25/06. 1989.

100. Ackermann H., Meyer J.P. Spiendellagerung in Modulbauweise für spanende Bearbeitung // Die Maschine. 1985. № 10. S. 25-27.

101. Bearings in Mashine Tools. SKF Publ. No. 2580 E/Reg. 872.

102. Denis Schulligen et Joseph Romano. Dispositif à broche creuse à mandrin combinés. RÉPUBLIQUE FRANÇAISE № 2501088. Cl. B23B19/02, 31/00. 1982.

103. F AG Spindellager für Werkzeugmaschinen. FAG Publ. Nr. 41119/2DA.1982.

104. Fumihiko Ohkoshi, Toshifiimi Hasegawa et Norikazu Kanii. Tête porte-broche pour machine-outil. RÉPUBLIQUE FRANÇAISE № 2532572. Cl. B23B19/02. 1984.

105. Paterson, David Robert. Bearing assemblies. European Patent Specification № 0055565. Cl. F16C19/30. 1982.

106. Roko Cebalo, Zeljko Goja, Mirko Husnjak. Steifigkeit von Hochgeschwin-digkeits Motorspindeln// Werkstatt und Betrieb. München, 1999. Jahrg. 132. S. 66-68.

107. Sadao Moritomo. Preloaded bearing. United States Patent №4116506. Cl. 308-189. 1978.