автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Метод оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков

На правах рукописи

005009511

Идрнсова Юлия Валерьевна

МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 ЯН В 2012

Оренбург 2012

005009511

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Кудояров Ринат Габдулхакович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Курдюков Владимир Ильич

кандидат технических наук, доцент Парфёнов Игорь Валентинович

Ведущая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Защита диссертации состоится г. в ^ часов на заседании

диссертационного совета Д 212.181.06 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет», по адресу: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, 13, ауд.^^-Г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»,

Автореферат разослан « /3 » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент

В.Н. Шерстобитова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции развития машиностроения характеризуются повышенными требованиями к производительности оборудования, точности размеров, качеству поверхностей обрабатываемых деталей и снижению себестоимости обработки. Реализация этих требований в полном объёме сдерживается следующими факторами:

- на российских машиностроительных предприятиях суммарные затраты за весь период эксплуатации металлообрабатывающих станков в четыре-пять раз превышают их первоначальную стоимость, что связано с затратами па ремонт в связи с отсутствием оперативных методов определения возникающих в них дефектов на этапе эксплуатации и технического обслуживания;

- разработчики станков указывают показатели точности и производительности выпускаемого ими оборудования, которые достигаются только в отдельных операциях для конкретных обрабатываемых материалов, используемых режущих инструментов и режимов резания.

Качество поверхности изготавливаемых деталей в значительной степени зависит от технического состояния используемого оборудования. При наличии дефектов изготовления и сборки узлов оборудования происходит ухудшение таких показателей качества, как шероховатость и отклонения формы (волнистость).

Эффективность эксплуатации станочного оборудования можно существенно повысить за счет разработки и использования метода оперативной диагностики металлообрабатывающих станков с учётом динамических характеристик оборудования, возможных погрешностей изготовления и сборки узлов оборудования, влияния дефектов изготовления и сборки узлов на погрешности формообразования поверхностей деталей. Особенно это актуально для многоцелевых станков, осуществляющих многокоординатную обработку деталей.

Разработка метода оперативной диагностики технического состояния металлообрабатывающего станка требует установления теоретических зависимостей численных значений спектра неровностей - шероховатости и отклонений формы (волнистости) поверхности детали от вынужденных колебаний инструмента и заготовки в процессе резания. Для оценки этих колебаний необходимы исследования динамической системы металлообрабатывающих станков с учетом значений параметров процесса резания, процессов трения в подвижных сопряжениях и дефектов изготовления и сборки узлов станка. Решение этих актуальных научных задач позволит на стадиях приемо-сдаточных испытаний и эксплуатации оценить техническое состояние металлообрабатывающих станков и принять оперативные меры по обеспечению необходимой точности и производительности обработки.

Цель работы - разработка метода оперативной диагностики технического состояния металлообрабатывающих станков на основе моделирования и анализа вынужденных колебаний системы «станок - инструмент - деталь» с учетом процесса формообразования поверхности детали.

Для достижения установленной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1) математическое описание внешних возмущающих воздействий, обусловленных погрешностями приводов металлообрабатывающих станков и вызывающих относительное смещение инструмента и обрабатываемой детали;

2) разработка математической модели вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом динамических процессов, протекающих в приводах металлообрабатывающих станков, сил трения и внешних возмущающих воздействий;

3) исследование закономерностей формирования отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхностей деталей в зависимости от дефектов приводов подач многоцелевых станков;

4) разработка метода оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков на основе измерения спекгра вынужденных колебаний узлов и отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработашюй поверхности детали.

Методы исследования. В работе использованы методы и математический аппарат теории колебаний, теории автоматического управления, теории электропривода, трибологии, моделирования динамических систем, формообразования поверхности.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием многоцелевых станков и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов проводилась средствами вычислительной техники с применением положений спектрального анализа.

Научпой новизной обладают:

- математическая модель для определения вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом вибровозмущающих воздействий, возникающих в приводах металлообрабатывающих станков;

- метод оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков с учетом спектра вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали, отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

Практическую значимость имеют:

- рекомендации по определению научно обоснованных технических условий на изготовление и сборку металлообрабатывающих станков;

- технологические рекомендации по выбору режимов резания, учитывающие требуемые показатели качества обрабатываемой детали и дефекты приводов станка;

- методика оперативного диагностирования технического состояния металлообрабатывающего станка, позволяющая оценивать качество изготовления приобретаемого оборудования и определять его состояние в процессе эксплуатации.

Достоверность результатов.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается логикой изложения, корректным использованием известного математического аппарата, строгостью поставленных ограничений и сделанных умозаключений, а также результатами экспериментальных исследований, проведенных для многоцелевых станков при различных режимах обработки деталей.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Современные организационные, технологические и конструкторские методы управления качеством» (Пермь, 2006); на второй региональной зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы обработки информации и управления» (Уфа, 2007); на Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2008); на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (Рыбинск, 2009); на научно-практической конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» (Ишимбай, 2009); на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Методы повышения технологических возможностей металлообрабатывающего обо-

рудования с ЧПУ» (Уфа, 2011); на пятой Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург 2011).

Результаты работы внедрены на Стерлитамакском станкостроительном заводе ОАО «Стерлитамак - М.Т.Е.» (г. Стерлитамак), в учебный процесс кафедры «Меха-троиныс станочные системы» УГАТУ, приняты к внедрению на предприятии ЗАО «ИНМАН» (г. Ишимбай).

На защиту выносится метод оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков с использованием численной оценки показателей качества поверхности обработанной детали.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных изданиях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов с выводами по каждому из них, общих выводов по диссертации и списка литературы. Она содержит 168 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 22 таблицы, списка использованных источников из 104 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определено ее содержание, определены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе представлен обзор работ, рассматривающих методы диагностики станочного оборудования и его диагностирующие признаки, факторы возникновения вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Представлены результаты анализа работ в областях математического моделирования динамики приводов металлорежущих станков и возникающих в них вынужденных колебаний, свидетельствующие о том, что учеными, работающими в данной области, накоплен значительный научный и практический опыт.

В работах Ф.Я. Балицкого, М.А. Иванова, А.Г. Соколова и Е.И. Хомякова рассмотрены вопросы вибродиашостики станочного оборудования. Работа А.П. Соколовского, В.А. Кудинова, Д.Н. Решетова, В.В. Каминской и др. посвящены анализу причин возникновения вынужденных колебаний в станках. В работах A.C. Гольдина, B.JI. Герике, A.B. Баркова, H.A. Барковой и др. рассмотрено влияние дефектов изготовления элементов роторных машин на вибрацию машины в целом. Влияние процессов трения, протекающих в подвижных частях станка, описано в работах H.A. Ко-чинева, О.В. Чечуги и др. В работах В.Н. Подураева, А.П. Соколовского, В.А. Кудинова, Д. Кумабэ и др. рассмотрены возмущения в процессах резания. М.М. Аршан-ским, В.П. Щербаковым, Д.Н. Решетовым, В.Т. Портманом предложены методики расчета процесса формообразования поверхности детали.

Проведенный анализ работ в области оценки технического состояния металлообрабатывающего оборудования позволил сделать следующие выводы: а) не выявлены диагностирующие признаки, связывающие дефекты узлов станка с качеством обрабатываемой поверхности; б) математические модели вибровозмущающих воздействий ряда элементов приводов станков отсутствуют; в) недостаточно отражены следующие вопросы: зависимость уровня колебаний инструмента и обрабатываемой детали от вибровозмущающих воздействий в приводах подач металлообрабатывающих станков с учетом трения в направляющих качения; влияние колебаний инструмента и обрабатываемой детали на процесс формообразования поверхности детали при фрезеровании.

На основе результатов анализа известных работ и общего состояния вопроса сформулированы цель и задачи диссертации.

Во втором разделе приведено математическое описание вибровозмущающих воздействий в приводах металлообрабатывающих станков.

Математическое описание вибровозмущающих воздействий в приводах главного движения многоцелевом станке приведено с учетом работ В.Б. Бальмонта, В.Ф. Журавлева, А.И. Зверева, С.И. Фецака, и др. В этих моделях учитывались погрешности изготовления и сборки подшипников качения, зубчатых передач, элементов электродвигателей, изменение натяжения ремня в ременной передаче, неуравновешенности элементов шпиндельных узлов и приводов подач.

Математическое описание внешних вибровозмущающих воздействий, обусловленных погрешностями изготовления передачи винт-гайка качения, направляющих качения разработано на основе теории гироскопов В.Б. Бальмонта, В.Ф. Журавлева и представляет собой связь двух амплитудных спектров: на входе - амплитудных спектров погрешностей макрогеометрии дорожек качения, тел качения и погрешностей сборки (учитывались деформации винта и, перекос каретки относительно рельса); на выходе - амплитудного спектра вибровозмущающих сил.

Математические модели указанных вибровозмущающих воздействий представляют собой амплитудно-частотные спектры разложения в ряд Фурье.

В третьем разделе описана разработанная комплексная динамическая модель станка для определения колебаний инструмента и обрабатываемой детали, учитывающая силы трения в направляющих устройствах и вибровозмущающие воздействия в приводах станка. Металлообрабатывающий станок рассматривается в виде схемы, состоящей из элементов (границей элемента служит точка приложения вибровозмущающих воздействий). Элементы представляются в виде сосредоточенных масс т, и моментов инерции Jh упругие связи определяются линейной с/ и угловой к, жесткостью стыка, диссипативные связи, определяющие демпфирование колебаний, учитываются в виде линейных ht или угловых g, коэффициентов демпфирования в зависимости от форм колебаний. При разработке динамической модели приняты следующие допущения: внешние нагрузки являются сосредоточенными; детали, установленные на валах привода, и корпусные детали представлены в виде сосредоточенных масс; стыки элементов станка представлены в виде упруго-диссипативных связей.

Вынужденные колебания инструмента и заготовки описываются системой дифференциальных уравнений, учитывающей принцип Д'Аламбера. Для каждой /-той точки динамической системы станка составлены уравнения F, 4- ¿V, + Q~t - 0, где F, — действующая на эту точку активная сила, Ni — реакция в точке связи, О, — сила инерции, численно равная произведению массы т, точки на её ускорение w,, направленная противоположно этому ускорению.

Использованы характеристики трения, представленные в работах H.A. Кочинева, Н. Г. Чикурова и др. в виде трех составляющих. К ним относятся: статическая характеристика, учитывающая граничную силу трения в момент трогания подвижной части привода; динамическая характеристика в виде «падающей» зависимости силы трения от скорости относительного движения; характеристика жидкостного трения с возрастающей зависимостью силы трения от скорости относительного движения.

Динамическая характеристика процесса резания является инерционной (работы В.А. Кудинова, Ю.Н. Санкина). При обработке металла многолезвийным инструментом передаточная функция процесса резаиия имеет вид:

' А Т,р + 1 ' (1)

где Кр - удельная сила резания, Н; Тр - постоянная времени стружкообразования, с; т - величина запаздывания, зависящая от числа лезвий инструмента, г=М2, где А - глубина резания, мм; 2- число зубьев; р — оператор дифференцирования.

Система дифференциальных уравнений, описывающая относительные колебаний инструмента и заготовки для приводов станка, состоит из п уравнений, где п -количество элементов. Для /' - го элемента уравнение баланса действующих сил имеет вид:

пг;1 + + = Я,, (2)

где /, - перемещение данного узла в направлении одной из осей X, У, или Ъ. Левая часть каждого уравнения отражает действие внутренних сил и силы инерции в г-ом узле станка, а правая часть - действие активных внешних сил в ¡-ом узле.

Решение системы дифференциальных уравнений получено отдельно для каждой гармоники возмущающих сил, разложенной в ряд Фурье. Установлено, что амплитуда относительных смещений инструмента и обрабатываемой детали зависит от вибровозмущающих воздействий ¡-го узла станка и проявляется в том же частотном диапазоне. Это является основным отличием от классической модели и позволяет использовать полученные расчетные значения в качестве диагностирующих признаков оборудования. Колебания инструмента и заготовки рассмотрены по нормали к обрабатываемой поверхности. Они определяются выражением:

Аи,«,СД/) - + (3)

где и - амплитуды ¿-ой гармоники у-ой координаты векторов

виброперемещений рабочих органов станка, на которых установлены инструмент и заготовка.

В четвертом разделе приведено теоретическое исследование влияния погрешностей приводов многоцелевого станка на колебания инструмента и обрабатываемой детали. Проведенные исследования показаны на примере станка модели 500Уй. В со-огветствии с конструкцией станка разработана его расчетная схема.

Динамическая система станка является замкнутой и состоит из отдельных частей: приводов подач по осям X, У и Ъ, привода главного движения, несущей системы и динамической характеристики процесса резания. Связь между приводами станочной системы осуществляется с помощью направляющих качения посредством упругих и диссипативных элементов.

Приняты следующие допущения: деталь крепится на столе абсолютно жестко, соединение инструмент - оправка шпинделя также является жестким. Относительные перемещения инструмента и заготовки вдоль осей Х,У и 2 описаны с помощью системы дифференциальных уравнений, составленных для каждого модуля станка. В соответствии с конструкцией привода и допущениями, изложенными в разделе 3, составлена его расчетная схема (рис.1).

Математическая модель, описывающая динамические процессы, протекающие в приводе, имеет вид:

и, ('¿7 + г6 )+ к, (¿, - ¿0) + Ъ6{¿6 - г„) + с, (г, - г0) + с6 (г6 - г0) = + +

тг{2з + г,) + й,(г3 -¿0 -¿2) + й,(г, --г2) + -г„ -гг) + с,(г, -г„ -гг) = + +

m„(z8 + z, + z,) + h¡(¿a -z0) + h,(¿g-z„) + h2(¿1 -z, -z3) + cs(z8 - z0) + c9(z9 -z0) +

x

Рисунок 1 - Расчетная схема привода подач по оси X: Fц— вектор сил демпфирования; Fy¡-вектор сил упругости; F„¡- вектор сил инерции; Fвектор сил вибровозмущающих воздействий; c¡ - коэффициент упругости; mt, -сосредоточенная масса; А,- - коэффициент демпфирования; Z¡ - перемещение узлов под действием внешних сил; i - номер узла согласно расчетной схеме

Математическая модель относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали исследована в среде MATLAB 7.3 (рис. 2). Результаты математического моделирования для различных видов обработки показывают, что расчетные «суммарные» характеристики зависят от работы всех приводов, участвующих в формообразовании детали.

Отдельно рассмотрено влияние силы трения в направляющих на колебания инструмента и обрабатываемой детали. При исследовании влияния сил трения установлено, что автоколебания в моделируемой системе отсутствуют.

С использованием разработанной динамической модели произведена оценка влияния погрешностей изготовления и сборки узлов приводов многоцелевого станка на относительные колебания инструмента и заготовки на холостом ходу.

Расчет для многоцелевого станка модели 500VS проведен для варианта работы привода главного движения с частотой вращения шпинделя 12000 мин"1 (200 Гц) и 2800 мин"1 (46,7 Гц) и приводов станка с заданной подачей 5000 мм/мин при шаге винта 8 мм (10,4 Гц).

Наибольшее влияние на колебания инструмента и обрабатываемой детали оказывают дефекты привода подач по осям X и Z. (рис.3).

Выявлено, что наибольшее влияние на увеличение амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали оказывают дефекты опор приводов подач и передачи винт-гайка качения привода вертикального перемещения.

Рисунок 2 - Структурная схема модели относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали по оси Ъ в МАТЬАВ 7.3

Рисунок 3 - Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали с учетом дефектов в приводах подач: 1- привод по оси X; 2 - привод по оси У; 3 - привод по оси Ъ

В пятом разделе приведено описание экспериментальных исследований колебаний инструмента и обрабатываемой детали.

Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения математического описания вибровозмущений, вызываемых дефектами узлов приводов подач - передачей винт-гайка качения и направляющими качения, а так же математической модели колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Измерения (измерялись величины виброперемещений в контрольных точках приводов) проведены в соответствии с методикой измерения, описанной В.Н. Барковым.

Для определения вибровозмущающих воздействий в элементах приводов подач многоцелевого станка модели 500У8 измерения виброперемещений проводились по

трем осям.

Значения амплитуд и частот колебаний инструмента и заготовки на холостом ходу получены для подачи Бн=5000 мм/мин и частоты вращения шпинделя п = 2800 мин"1 на холостом ходу (рис. 4 и 5).

В таблице 1 представлены расчетные и экспериментальные значения частот колебаний инструмента и заготовки.

Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов показывает, что частоты, полученные расчетным методом, в диапазоне от 28 до 103 Гц адекватны экспериментальным значениям частот с погрешностью не более 6%.

Г ±".......

Г,Г:

1 --- \

Р ™.......-........... .......... ■------—.—-1-—---

Рисунок 4 - Расчётные частотные характеристики относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали на холостом ходу

Рисунок 5 - Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали на холостом ходу, полученные по экспериментальным данным

Резонансные частоты, полученные расчетным способом, Гц Резонансные частоты, полученные экспериментально, Гц Относительная погрешность, %

13,4 12 10,4

27,7 28 1,08

54,4 51 6,25

75 79 5,33

107 103 3,73

130 132 1,53

и

Исследования влияния погрешностей изготовления элементов станка проводились при работе вертикального привода подачи (ось Z) на быстром ходу (скорость 40 м/мин). Вибрации измерялись для станка, оснащенного системой линейного перемещения фирмы BOSCH REXROTH, по нормали к направлению перемещения. В результате сравнения частот и амплитуд вибросигнала с расчетными значениями на передаче винт-гайка качения обнаружен дефект дорожки виита. Этот дефект передачи винг-гайка качения влияет только на огибающую вибросигнала колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Причиной такого поведения характеристики является компоновка привода (с двумя параллельными передачами винт-гайка), которая приводит к тому, что вибровозмущения, возникающие в передачах привода, находятся в противофазе.

На величину амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали существенное влияние оказывает сила резания.

В шестом разделе разработан метод оперативной оценки технического состояния металлообрабатывающих станков, основанный на сравнении фактического спектра неровностей обработанной детали с эталонным спектром, полученным экспериментально, что позволяет своевременно выявить наличие параметрического отказа оборудования.

Эталонный спектр определяет допустимый уровень амплитуд и диапазон частот, соответствующих допускаемым погрешностям формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

При идентификации источника отказа с его диагностическим признаком необходимо провести ранжирование но частотным диапазонам эталонного спектра причин параметрических отказов и их видам (погрешность формы (волнистость), шероховатость). Поиск причины отказа проводится в определенном частотном диапазоне путем идентификации частоты возмущения с доминирующей частотой, вызывающей отказ в данном частотном диапазоне.

Под расчетным спектром понимается спектр шероховатости и отклонений формы - волнистости (неровностей) поверхности, полученный при соблюдении технических условий на точность изготовления и сборки узлов и элементов приводов металлообрабатывающего станка.

Одним из ключевых моментов разработанного метода является расчет параметров качества (отклонений формы (волнистости) и шероховатости) обработанной поверхности, предусматривающий: составление функции формообразования и установление системы идеальных связей, описывающих номинальную обработанную поверхность на многоцелевом станке с использованием метода вариационного исчисления.

При построении линий пересечения поверхностей, выделяющих реальную обрабатываемую поверхность, определены параметры неровностей, образующихся на поверхности детали - высота гребня и глубина впадины волны в j-ом сечении детали, с использованием выражений:

Eft* - fZlLi^ii«(k^'tfit + сь), Щ ш Fy?? + (5)

где к,™' = (P^j- ~ l) + P-mi ~ номер полного оборота фрезы, N - число сечений поверхности Qu угол между двумя соседними следами в искомой точке пересечен!«, Ау, - амплитуда нормальных вынужденных колебаний инструмента и заготовки.

Исходные данные

Экспериментальный эталонный спектр отклонений формы (волнистости) . и шероховатости обработанной поверхности детали

чертеж детали, параметры качества (отклонения формы (волнистость) и шероховатость

Ж

прукт'иано-

конструкт! технологические параметры; . металлообрабатывающего

рборуд9Ваиия

Допустимый уровень отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали

Определение спектра внешних возмущений

зг

2

Технологические параметры.процесса обработки детали (параметры и материал режущего инструмента, материал детали, режимы резания: глубина резания, подача, частота вращения шпинделя)

Фактические параметры качества обработанной детали

прёдёление расчетного спектра отклонений формы (волнистости) и .шероховатости обработанной поверхности ' ■ детали

ЖЕ

Формирование Ттараметров измеренного спектра отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной! поверхности детали

ж

Сравнение, формальный.и логический анализ диагностических признаков

Уточнение технических условий на изготовление и сборку станка

Определение ожидаемых

показателей качества обрабатываемых деталей

Диагностирование | ' причин параметрических | отказов станка

Рисунок б - Структурная схема метода оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающего станка

Оперативную оценку технического состояния металлообрабатывающего станка предложено проводить в соответствии с алгоритмом, который разработан с учетом структурной схемы, показанной на рисунке 6.

Исходными данными являются: технические характеристики станка, точность изготовления его узлов, показатели качества обработанной детали (шероховатость, отклонения формы - волнистость поверхности), технологические параметры обработки детали (глубина резания, подача, частота вращения привода главного движения, свойства материала обрабатываемой детали, параметры используемого инструмента).

В соответствии с разработанным алгоритмом оперативной диагностики станка (рисунок. 6, выделенные блоки) проведены диагностические исследования технического состояния многоцелевых станков. Оценка технического состояния на примере станка мод. 500УБ проведена по качеству обработанных поверхностей детали (материал СЧ-20). В соответствии с ГОСТ 25443-82 при обработке детали «пирамида» осуществлена проверка на точность изготавливаемого оборудования. Обработка детали производилась с помощью концевой фрезы на режиме: глубина резания ¡ = 0,1 мм, подача в = 200 мм/мин, частота вращения шпинделя 600 мин"1.

Получены следующие результаты:

1. Измеренные отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали (рисунок 7) превышают допустимые значения, обозначенные горизонтальными линиями.

Рисунок 7 - Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности при обработке поверхности детали в плоскости ХОХ

2. Определены эталонный спектр отклонений формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали и расчетный спектр рисунок 8(1 и 2). Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности детали, приведенная на рисунке 7, определяется кривой 3 на рисунке 8. С помощью данных (рис. 6) и соотношения//п - /„, где / - частота возникновения относительных колебаний инструмента и заготовки,/) - частота проявления отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхности, п - зубцовая частота вращения инструмента, определена/, = 15 Гц.

3. Полученный частотный спектр соответствует погрешностям изготовления дорожек винта привода подач вертикального перемещения и привода подач продольного перемещения. Для однозначного определения дефекта узла в данном случае необходимо дополнительное диагностирование стайка.

4. При обработке детали в плоскости ХОУ, когда привод подач по оси Ъ не работает, целесообразно провести анализ влияния погрешностей в приводе подач по оси

X. Установлено, что отклонения формы (волнистость) и шероховатость рассматриваемой поверхности не превышают допустимые значения (рисунок 9).

1 ■

0,4

Г. Гц

Рисунок 8 - Отклонения формы (волнистости) и шероховатости обработанных поверхностей детали: а - определение характерных частот эталонного спектра с учетом расчетных спектров; б - фактический спектр: 1 - допустимые уровни амплитуд в диапазонах частот эталонного спектра, 2 - расчетный спектр, 3 -фактический спектр, 4 - амплитуда гармоники спектра, учитываемая при корректировке технических условий

Л.мкм

0.4

-0.4

Х.мм

н—ь

Н-1-1—ь

10 20 30 40 50

70 80 90 ЮО 110 120

Рисунок 9 - Отклонения формы (волнистость) и шероховатость поверхности при обработке поверхности детали в плоскости ХОУ

Следовательно, дефект, порождающий погрешность поверхности, находится в приводе вертикального перемещения и принадлежит передаче винт-гайка качения. Учитывая компоновку станка, в данном случае, целесообразно ужесточить требования к сборке привода вертикального перемещения.

Оценка технического состояния металлообрабатывающего станка методом кошроля, основанным на анализе неровностей поверхностей детали, вызванных относительными колебаниями инструмента и заготовки, является информативной и эффективной, т.к. возмущающие силы возникают непосредственно в месте появления дефекта, вибросишал

содержит максимальный объем диагностической информации. Разработанный метод позволяет проводить диагностику станка при его кратковременной остановке и минимальной разборке.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что основными источниками вибровозмущений приводов металлообрабатывающих станков являются погрешности изготовления элементов приводов, причём каждому ¡-му дефеюу привода соответствует свой амплитудно-частотный спектр вибровозмущения, что является диагностическим признаком оборудования.

2. Произведено математическое описание погрешностей изготовления элементов приводов в виде амплитуцно-часгошого спектра разложения в ряд Фурье и палучеш математические зависимости вибровозмущающих сил в направляющих качения и передаче винт-гайка качения от значений погрешностей.

3. Разработана математическая модель (реализована в среде МаНаЬ 7.3) вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом динамических процессов, протекающих в приводах металлообрабатывающих станков, сил трения в направляющих и внешних вибровозмущающих воздействий.

4. Выявлены причины возникновения вибровозмущающих воздействий в системе «станок-инструмент-дегаль» и подтверждена связь изменения амплитуды колебаний инструмента и обрабатываемой детали и вибровозмущающих сил в одном частотном диапазоне.

5. Предложены математические зависимости значений отклонений формы (волнистости) и шероховатости поверхности обрабатываемой детали от параметров вынужденных колебаний инструмента при многокоординатной обработке с учетом системы реальных связей и суммарной периодической погрешности формообразования, обусловленной конструктивными параметрами и погрешностями приводов станка, технологическими параметрами обработки детали.

6. Установленные закономерности позволяют получить ожидаемый профиль в поперечном сечении поверхности детали, параметры которого являются косвенными (дополнительными) диагностическими признаками.

7. Разработан метод оперативной оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков, предусматривающий сравните, формальный и логический анализ спектра относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали, полученного по измеренным отклонениям формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности, с эталонным спектром, что позволяет определить источники дефектов в приводах станка, а также разработать мероприятия по их устранению.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых научных изданиях:

1. Перевертайло (Идрисова), ЮВ. Определение параметрических отказов станочного оборудования / Ю.В. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И. Фецак // СТИН. - 2007. - №11. - С. 9-13.

2. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Влияние сил трения, действующих в приводе станка, на характер исполнительного движения / Ю.В. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И. Фецак//ВесгаикУГАТУ, 2009-Т.13. -№1 (34).-—С. 128-134.

3. Идрисова, Ю.В. Вибродиашосгака линейного привода подач многоцелевого сганка, основанная на определении внешних возмущающих воздействий/ Ю.В. Идрисова, С.И.Фецак//ВестникРГАТА.-№2(21). -2011.-С. 120-126.

В прочих изданиях:

4. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Оценка технического состояния приводов станков: материалы XXV российской школы по проблемам науки и технологий, посвященной 60-летию победы / Ю.В. Перевертайло, СЛ. Фецак. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - С. 153 -155.

5. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Оценка технического состояния приводов станков: сборник трудов «Мехатрошжа. Автоматизация. Управление»/ ЮВ. Перевертайло, СЛ. Фецак - Уфа: УГАТУ, 2005. - Т.2.- С. 293 - 297.

6. Перевертайло (Идрисова), ЮВ. К определению показателей точносш металлорежущего станка: сборник научных трудов «Мехатроника. Робототехника. Автоматизация» / Ю.В. Перевертайло, С.И. Фецак. - Москва: МГУПИ, 2006. - Выпуск №1. - С. 130 -135.

7. Переветайло (Идрисова), Ю.В. Оценка качества металлорежущего оборудования: сборник научных трудов Всероссийской молодбжной научной конференции «Мавлютовские чтения» / Ю.В. Перевертайло. - Уфа: УГАТУ, 2007. - Т.2. - С. 94 - 95.

8. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Исследование влияния вынужденных колебаний сганка на формирование поверхности детали / ЮВ. Перевертайло, Р.Г. Кудояров, С.И. Фецак//ВестаикРГАТА-РыбинскJTATA2009. -Т.2.-С. 162-166.

9. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Параметрическая диагностика технического состояния многоцелевых станков: материалы научно-пракшческой конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении» / Ю.В. Перевертайло . - Ишимбай: ИФ УГАТУ, 2009.-С. 24-25.

10. Перевертайло (Идрисова), Ю.В. Влияние сия трения на рабопу привода подач многоцелевого сганка: сборник научных трудов Всероссийской молодёжной научной конференций «Мавлютовские тения» / ЮВ. Переветайло. - Уфа: УГАТУ, 2009. -Т.2. - С. 183.

11. Идрисова, ЮВ. Проектирование и эксплуатация мехатронных станочных систем: материалы всероссийской научно-практической конференции «Инновационно-промышленный форум» / ЮВ. Иприсова, ВВ. Постов, Р.Г. Кудояров, Р.Р. Башаров, АЮ. Федоровцев. - Уфа: БГАУ, 2010 - С. 9 -11.

12. Идрисова, Ю.В. Формообразование поверхности детали при фрезеровании: межвузовский научный сборник «Методы повышения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ» / ЮВ. Идрисова. - Уфа: УГАТУ, 2010. — С. 118-123.

13. Идрисова, Ю.В. Расчешо-экспериментальный метод диагностирования технического состояния многоцелевого сганка: межвузовский научный сборник «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий» / ЮВ. Идрисова - Уфа: УГАТУ, 2011. - С. 241 - 247.

14. Идрисова, ЮВ. Определение относительных колебаний рабочих органов станка на основе комплексной математической модели многоцелевого станка: сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» / ЮВ. Идрисова, СЛ. Фецак, Р.Г. Кудояров. - Оренбург: ИП Осиночкин Я. В., 2011. - С. 330 - 333.

Идрисова Юлия Валерьевна

МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 11.01.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага офисная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 462

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа - центр, ул. К.Маркса, 12

61 12-5/1638

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОД ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ

СТАНКОВ

05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

На правах рукописи

ИДРИСОВА Юлия Валерьевна

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кудояров Р.Г.

Уфа 2011

Содержание

Стр.

Введение................................................................................ 5

Раздел 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В РАССМАТРИВАЕМОЙ ОБЛАСТИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ................................................................................ 8

1.1 Анализ влияния факторов, обуславливающих вынужденные колебания, на характеристики точности многоцелевого станка и качество изготавливаемых деталей......................................... 8

1.2 Анализ исследований вынужденных колебаний металлорежущих станков............................................................................ 11

1.3 Анализ исследований влияния относительных колебаний заготовки и инструмента на качество обработанной поверхности детали при механической обработке....................................... 20

1.4 Цель и задачи работы......................................................... 26

Раздел 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ВИБРОВОЗМУЩЕНИЙ ОТ ПОГРЕШНОСТЕЙ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ 27

2.1 Неуравновешенность элементов шпиндельных узлов и приводов подач............................................................................... 27

2.2 Вибровозмущения в подшипниках качения.............................. 28

2.3 Вибровозмущения в передаче винт-гайка качения..................... 35

2.4 Вибровозмущения в направляющих качения............................ 39

2.5 Вибровозмущения в зубчатых зацеплениях.............................. 43

2.6 Вибровозмущения от электромагнитной системы электродвигателей переменного тока....................................... 45

2.7 Вибровозмущения в ременной передаче................................. 47

Раздел 3 РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКА НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

РАБОТЫ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО СТАНКА.................... 50

3.1 Структура метода определения относительных колебаний рабочих органов станка................................................................... 50

3.2 Динамическая характеристика процесса резания........................ 51

3.3 Основные принципы построения динамической модели и определение ее параметров................................................... 54

3.4 Формирование вынужденных колебаний рабочих органов станка. 63

Раздел 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ

ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНСТРУМЕНТА И

ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ................................................... 68

4.1 Разработка математической модели относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали многоцелевого станка модели 500У8.................................................................... 68

4.2 Обобщенная динамическая модель многоцелевого станка модели 500У8............................................................................ 91

4.3 Оценка влияния силы трения в направляющих на перемещение подвижной части привода...................................................................99

4.4 Оценка влияния погрешностей изготовления и сборки узлов приводов многоцелевого станка на относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали............................................................................... 101

Раздел 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНСТРУМЕНТА И

ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ.................................................. 110

5.1 Экспериментальное определение форм колебаний узлов приводов

з

подач многоцелевого станка......................................................................................112

5.2 Определение собственных частот элементов приводов многоцелевого станка модели 500VS..................................... 116

5.3 Оценка влияния качества изготовления элементов привода подач

на относительные колебания рабочих органов станка.................. 120

5.4 Определение относительных колебаний инструмента и заготовки в процессе резания................................................................ 124

Раздел 6. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ

ПРИВОДОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ

СТАНКОВ.............................................................................. 130

6.1 Параметрическая диагностика приводов многооперационного станка.............................................................................. 130

6.2 Разработка структуры метода диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков............................................................................ 131

6.3 Формообразование поверхности детали при фрезеровании......... 135

6.4 Определение параметров отклонения формы (волнистости) и шероховатости поверхности детали........................................ 140

6.5 Разработка алгоритма оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков................ 148

6.6 Оценка технического состояния многоцелевого станка модели

500VS.............................................................................. 151

Основные выводы и результаты 157 Список использованных источников 159 Приложение. Акты об использовании результатов диссертационной работы...................................................... 169

Введение

Современные тенденции развития машиностроения характеризуются повышенными требованиями к производительности оборудования, точности размеров, качеству обрабатываемых деталей и снижению себестоимости. Рост производительности сдерживается тем, что на российских машиностроительных предприятиях суммарные затраты за весь период эксплуатации оборудования в четыре-пять раз превышают его первоначальную стоимость. Оперативное определение дефектов металлообрабатывающего оборудования на этапе эксплуатации и технического обслуживания является одной из актуальных задач машиностроительной отрасли. В этом случае используют методы вибродиагностики и виброаккустической диагностики, которые позволяют определить техническое состояние узла металлообрабатывающего оборудования по частоте и амплитуде его вынужденных колебаний. Правильный анализ полученной виброметрической информации возможен лишь при полной информации о динамической системе оборудования и о возможных погрешностях изготовления и сборки узлов оборудования.

Тенденции развития технологических и производственных процессов предъявляют повышенные требования к качеству обрабатываемых поверхностей детали, реализация которых требует применения повышенных режимов обработки деталей машин, что не всегда возможно из-за отсутствия информации о точностных характеристиках используемого оборудования. Поэтому необходимо улучшать методы диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающих станков на этапе их эксплуатации, а так же разработать эффективные мероприятия по оценке и повышению точности оборудования. Часто разработчики станков указывают максимальные показатели точности и производительности выпускаемого ими оборудования, которые достигаются при осуществлении отдельных операциях при конкретном

соотношении режимов резания, обрабатываемого материала и используемого режущего инструмента.

Качество поверхности изготавливаемых деталей в значительной степени зависит от технического состояния используемого оборудования. При наличии дефектов изготовления и сборки узлов оборудования происходит ухудшение таких показателей качества, как шероховатость и отклонения формы (волнистость).

Эффективность применяемого станочного оборудования можно существенно повысить с помощью метода оперативной диагностики металлообрабатывающих станков. Такой аппарат должен содержать базу данных и знаний о динамических характеристиках оборудования, о возможных погрешностях изготовления и сборки узлов оборудования и о влиянии погрешностей его изготовления на формообразование поверхности детали, дефектов каждого привода в отдельности и при совместной их работе. Особенно это актуально для многоцелевых станков, осуществляющих многокоординатную обработку детали.

Разработка метода оперативной диагностики технического состояния приводов металлообрабатывающего станка требует установления теоретических зависимостей численных значений спектра неровностей - шероховатости и отклонений формы (волнистости) поверхности детали от относительных колебаний инструмента и заготовки в процессе ее обработки. Для оценки этих колебаний необходимы исследования динамической системы металлообрабатывающих станков с учетом процесса резания, процессов трения в его подвижных сопряжениях и влияния дефектов изготовления и сборки элементов приводов станка. Решение этих актуальных научных задач позволит на стадии проектирования и эксплуатации оценить техническое состояние металлообрабатывающих станков и повысить эффективность их применения в производстве.

Внедрение оперативных методов диагностики позволит:

В период эксплуатации и технического обслуживания оборудования: проводить экспресс-анализ технического состояния станка: определять и при необходимости повышать технологическую точность станка; определять

дефекты, в том числе скрытые, и устранять их на этапе возникновения; прогнозировать износ узлов и деталей станка; планировать сроки проведения ремонта, заказ комплектующих и запчастей для ремонта.

При закупке оборудования: осуществлять входной контроль поставляемого оборудования для определения его соответствия заявленным техническим характеристикам; контролировать техническое состояние оборудования перед завершением срока действия гарантии. В работе получены новые научные результаты: - математическая модель для определения вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали с учетом вибровозмущающих воздействий, возникающих в приводах металлообрабатывающих станков;

- метод оценки технического состояния приводов металлообрабатывающих станков с учетом спектра вынужденных колебаний инструмента и обрабатываемой детали, отклонений формы (волнистости) и шероховатости обработанной поверхности детали.

Раздел 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В РАССМАТРИВАЕМОЙ ОБЛАСТИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ

Вибродиагностике и виброаккустической диагностике металлорежущего оборудования посвящены работы ученых СТАНКИНа, ЭНИМСа и других научно-исследовательских учреждений: Ф.С. Сабирова, П.М. Козочкина, С.И. Фецака и др. В их трудах полученная виброинформация анализируется по сигналу, снимаемого с узлов станка, оценивается влияние качества изготовления привода главного движения станка на параметры качества поверхности детали (шероховатость и волнистость [88, 90, 92]) и определяются параметры рабочего пространства станка. Исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, конструирования металлорежущих станков, теории колебаний и динамики станков, теории анализа случайных процессов, методах математического и компьютерного моделирования.

1.1 Анализ влияния факторов, обуславливающих вынужденные колебания, на характеристики точности многоцелевого станка и качество изготавливаемых деталей.

Основой теории динамики станков служит классическое представление профессором В. А. Кудиновым динамической системы станка как многоконтурной, замкнутой и энергетически активной системы [56]. При воздействии на динамическую систему внешних возмущений возникают отклонения в относительном положении инструмента и заготовки, которые являются причиной возникновения погрешностей обрабатываемой поверхности детали. Одним из видов внешних воздействий являются силовые кинематические возмущения, связанные с погрешностями вращающих элементов, которые вызывают вынужденные колебания инструмента и обрабатываемой детали. Вследствие относительных колебаний инструмента и

детали на ее обрабатываемой поверхности возникают «волны». В зависимости от шага волн различают погрешность формы (волнистость) и шероховатость. Профессором В.А. Кудиновым [56] получена связь вынужденных колебаний инструмента и детали в процессе резания, т. е. стационарной периодической погрешности формы обрабатываемой детали с колебаниями эквивалентной упругой системы токарного станка на холостом ходу. Однако следует заметить, что им не учитывается влияние вынужденных колебаний на процесс формообразования, который в современных многоцелевых станках является достаточно сложным.

Анализу причин вынужденных колебаний, возникающих в станках, посвящены работы А.П. Соколовского, В.А. Кудинова, Д.Н. Решетова, В.В. Каминской и др., но авторы придерживаются различных взглядов на природу возникновения относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали. Подходы к исследованию источников колебаний можно разбить на две условные группы:

1. Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали, вызванные переменным значением силы трения, возникающей в подвижных частях приводов.

2. Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали, образующиеся вследствие погрешностей изготовления и сборки элементов приводов станка.

Систематизация результатов исследований причин вынужденных колебаний металлорежущих станков (рис.1.1) позволила установить, что характер колебаний и их уровень зависят от погрешностей изготовления и сборки опор качения, элементов приводов, от колебаний фундамента станка, обусловленных работой окружающего оборудования, от колебаний толщины снимаемого припуска с заготовки при устойчивой механической обработке.

Рисунок 1.1- Схема влияния факторов, обусловливающих вынужденные колебания, на характеристики точности многоцелевого станка и качество

изготавливаемых деталей.

Описание процесса формообразования с учетом относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали позволяет получить количественное представление о погрешности обработанной поверхности детали.

1.2 Анализ исследований вынунеденных колебаний металлообрабатывающих станков

Моделирование вынужденных колебаний предполагает решение двух задач: моделирование относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали в радиальном направлении (по нормали к обрабатываемой поверхности) и моделирование относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали в осевом направлении (по направлению подачи при резании). Проведенные исследования показали, что вибровозмущения от элементов и узлов станка вызывают относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали в радиальном направлении, а возмущения от сил трения, возникающих в подвижных частях приводов подач - к относительным колебаниям в осевом направлении [2, 11, 18, 36, 90, 93].

1.2.1 Исследование вынужденных относительных колебаний инструмента и обрабатываемой детали в радиальном направлении

Относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали в радиальном направлении возникают из-за действия внешних возмущений, источниками которых являются погрешности изготовления элементов и узлов станка, и собственных колебаний элементов оборудования. Поэтому исследования причин возникновения колебаний рассматриваются в двух областях: влияние вибровозмущений, обусловленные погрешностями узлов станка, и вибровозмущения под влиянием динамических свойств станка.

Вынужденные колебания, вызванные возмущениями от приводов вращательного движения, исследованы в работах, В.А. Кудинова, В.А. Авакяна, В.В.Каминской и др.[2, 45, 56]

Разнообразие режимов работы и особенностей функционирования станков обуславливает многообразие воздействий на их упругую систему. К подобного рода возмущениям относятся следующие причины:

- центробежные силы, возникающие при вращении неуравновешанных оправок, приспособлений, шкивов, шпинделей, а так же других элементов привода;

- возмущения, передаваемые на станок через основание от работающего рядом оборудования;

- возмущения от опор качения, обусловленные погрешностями сборки и геометрическими погрешностями изготовления профилей дорожек и тел качения;

- возмущения от привода, обусловленные ошибками в шаге и профиле зубьев, неоднородностью приводных ремней, несоосностью соединительных муфт, магнитными полями в приводном двигателе;

- возмущения от процессов резания.

Значительное число этих возмущений классифицируются как внешние по отношению к упругой системе станка. Эти возмущения составляют 80 - 90 % уровня относительных колебаний заготовки и инструмента, определяющих точность обработки деталей.

Неуравновешенность шпинделя является одним из основных факторов, уменьшающих производительность обработки. Аналитический расчет амплитуд динамических смещений инструмента и обрабатываемой детали относительно друг друга в зависимости от погрешностей изготовления привода главного движения (ПГД) и шпиндельного узла (ШУ) рассмотрен И.А. Зверевым [40]. В его работе используется подход, основанный на предположении о то�