автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение технического уровня прецизионных токарных станков по их виброустойчивости

по ексеэ;-1У иСразоэанхэ

Р Г Б ОД

0 УЛЙ&ЙзСКИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫ* ТЕСЧГ-ЕСКЙ УНЭЕРСКТЕТ

/ 4 СЕН 1995

На правах рукзплси УДК 621.3 -331.3/С43.3/

ЭСАКСЗ Вютор Кйэкозкч

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ ПО ИХ ВИБРСУСТОИЧИВОСТИ

Специальность 05.03.01 - Процессы мехазз-чэской и фзггико-технзпеской сОраСотка, стгнкя и инструмент

Автореферат диссертации яа сскскзниэ ученой степени каядзщата технических наук

Ульяновск - 1395

Работа вшолкена в СКВ ПО Ульяновский иапиностроительний заво;

и на кафедре "Теоретическая механика" Ульяновского государственного технического университета

Научкий руководитель - доктор технических наук, профессор Санкин D.H.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Кудииов В.А. - кандидат технических каук Игон'.ш Г.А.

Ведуцзе предприятие - Акционерное общество "Ижшпп

За-дита диссертации состоится " 3 ".. ,9í'T???í'......

1995 г. б ..12...часов на заседании специализированного Совета KQ54.2I.02 по присуждении ученой степени кандвдата технических каук в Первой учебном корпусе Ульяновского государственного технического университета по адресу: г.Ульяновск, ул. Энгельса, 3.

Просим Еас принять участие в об суждении работы к направить Вал отзыв ка автореферат (в двух экземплярах), заверенный пе -чатью, по адресу: 432700, Ульяновск, ГСП, ул. Се верни/. Венец, 32, УИУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Автореферат разослан " г?-3 " Q 1995 г.

Уче1гый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, профе с с Ш^/^Ъ/ В.5.Гуръкнихкн

_ з -

общая мржтт?етш работы

Актуальность работа. В услозиях становления рнкочких отнспэ-■иЯ в России важнейшей задачей отечественного макшострозния, как сновы всего машиностроительного комплекса, является ускоренна одъем технического уровня и качества металлорежущих станков, по-шение их эффектигности л конкурентоспособности на мировом рыи-е. Особое место я станочном парке занимают прецизионные станки окарной группы, з том числе с ЧПУ, так как до 30 % всего объема еханичесной обработки заготовок рсз&кием выполняется на этих та^гках.

Практика станкостроения показывает, что основные огрянггеива-■дке параметры динамической система любого станка (упругая спсте-а, мсцность, крутящий момент, зиброустойчивость и др.) подлежат зпоставительной оценке во всем объеме его рабочего пространства.

В связи с Еьшеизлогсеяйм представляется атмуальной задача шьнзйшего развития направлений улучшения динамического качества зя создают прогрессивных конструкций токарных станков, что в зотэ очередь позволит' значительно повисить производительность об-1боткя и качество обработанных деталей.

Автор залн-^иает!

1. Методик оценки технического уровня токарных станков по гтеграяьному предельно^ параметру - вкброустойчивости при реза-м.

2. Результата исследований влияния ограничивавших факторов в ¡еделах всего рабочего пространства на поишенке технического юеня токарннк станков к 5тх эффективности.

3. Конструкции новых прецизионных тскарюх станков с даамет-м Д^ = 320 иа, а такге оригинальные технические решения основ-гх уз.тоа прецизиогсшх токарных станков среднего типоразмера.

4. Практические рекомендации по совершенстЕОванга токарных ■анков с Д^ = 320 та; ка основе полученных в работе расчетно-ек-ерккентальннх динамических характеристик пяти основных моделей анкоэ и вариантов их исполнений.

Цепь работ. Создание и внедрение новых конструкций виброустойчивых токарных стояков, разработка многофункциональной методики оценки их технического уровня и эффективности по интегральному napaueipy виброустойчиЕОСти как на стадиях исследовательских и приемосдаточных испытаний, так и при эксплуатации станков в цеховых условиях.

Методика исследований. Работа представляет сабой комплекс теоретических к экспериментальных исследований и расчетов п * ПЭВМ. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений теории резания, 'технологии машиностроения, динамики станков и теории механических колебаний. Расчеты выполняли на ПЗК.1 по оригинальным программам МОССТАНККНа, ЭНИМСа (г. Москва), УлПУ (г. Ульяновск). Экспериментальные исследования проводили нз пяти основннх моделях токарных станков с диаметром обработки Л^ = 320 мм: 16Б16А, SCHAUEUN - 150, УТ320, УТ16, КЫб'П, а также оценивали разработанные на ПО Ульяновском машиностроительном заводе (УНЗ) варианты конструктивного исполнения узлов станков как при холостом хсд§, так и при резании.

Научная новизна. Разработана методика комплексной опенки технического уровня и эффективности токарных станков по предельному интегральному параметру виброустойчивости при сопоставлении ограничивающих факторов 'в зонах рабочего пространства станка, технологических требований обработки заготовок и использовании ее при расчете производительности.

Разработана математическая модель системы суппорта токарного станка, имеющего по крайней мере две степени свободы, путем ап -проксимации ее передаточной функции характеристикой колебательного эвена. Предложен способ определения передаточной функции скс -темы.

Предложены оригинальные технические реиегагя основных узлов токарного станка, на основа которых показали пути уменьшения скачка силы трения, автоколебаний и общего уровня вибраций. -

Практическая ценность и реализация результатов работ в промышленности.

1. Применение рапработ'лные в диссертации методик позволяет проводить объективную оценку технического уровня и »фиктивности

станков-аналогов, оптимальный подбор станка под пркнятуа технология изготовления детали на предпритгии, совершенствование конст -руншш станка и сценку новых антифрикционных материалов я анти -скачковых смазок.

2. Созданы и освоенн в производстве на ПО УМЗ новке прецизионные токашо-винторезные станки моделей УТ320П, УТ320В, которые защищена свидетельством на промышленный образец № 33568 и патен -тами Р5 на отдельные узлы.

3. Предложены технические решения т уровне изобретений по конструкции иеталлорегкудаго станка, осковнкм его узлам я допол -тательнш устройствам, которые использованы в разработке псрспек-гивного токарного станка с гидростатическими опорами шпинделя на 1С УМЗ.

4. Предложены практические рекомендации, направленные на ;ниженио уровня доминирующих составляющих относительных колебаний дздоз и повьтение виброустойчивости токарных станков, которые знедрени на ПО У?.3 в процессе производства последних.

Лгтообапия работы. Основные результаты доложены на ежегодных ¡аучяо-техначеских кои^ерепцирх Ульяновского политехнического гтн— ¡титута в 1992, 1993 и 1994 г.г.; Всесоюзной конференции "Высоко-гроизводительнсе оборудование и прогрессивные технологии в иакк -¡остроенин" в г. Красногорске (Московская обл.), 1991 г.; иетхго -^/дарственной конференции "Динамика станочних систем гибких аато-гатиз яро ванных производств" в г. Никнем Новгороде, 1992 г.; на аседс.ниях технического Совета ПО УМЗ (г. Ульяновск, 1987-1993 .г.).

Полностью работа доложена на научно-техническом семинаре ка-едр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и кнет-ут.енты" и на заседании научно-технического совета мазинострэите-ьного факультета Ульяновского государственного технического уни-ерситета з 1995 г.

Пиликании: По теме диссертации опубликовано 37 печатных ра-эт, в том числе 13 изобретений п I свидетельство на промышленный 5разец. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура к сб-ьем -работе,:. Диссертация состоит та введения, пяти глав, общих выводов и списка литература. Она включает 13? страниц машинописного текста, 86 рисунков, IS таблиц. Общий объем работы составляет 239 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ео введении показана необходимость спроделекия динамически свойств станков. Обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулирована цель, задачи, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

Первач глава пссвячена рассмотрению состояния вопроса, теоретическим предпосылкам к постановке задач исследования.

Анализ научно-технической информации показал, что результаты испытаний станков в тияовкс, строго роглакзнтированшх условиях не позволяет оценить их работоспособность во всем рабочем пространстве. Это объясняется, с одной стороны, влиянием переменных: характеристик технологической наладки, включая измене • низ размеров, анлета, материала заготовок к т.п., с другой сто ■ ронн, на упругую дошическуз систему оказывай? совокупное воз < действие рабочие процессы (резание, трение и др.). Кроме того, динамическая характеристика упругой системы, зависящая кепоеред ственно от конструкции станка, в разных точках пространства об • работки различна, а ограничивающие параметры по мощности М , крутящее моменту М , глубине резания tp и др. но сбалансиро-аакы менду собой. Следовательно, вагно анать закономерности из • мзнения динамической характеристики э рабочей пространстве стан ка при резании.

В цело:.! диссертационная работа базируется на основных положениях динамики станков, разработалгшк проф. В.А.Кудиновкн. Рас смотрены элементы (звенья), составляющие замкяуту» диначическуа систем токарного станка при резании.

На основании работ Дроздова H.A., Кашфинз А.И., Соколовск го Д.П., Кучмы Л.К., Кудинова. В. А., Цуралшша Л.С., Эльясберга У.Я., Саккика Ю.Н. и др. выполнен анализ развития представлений об автоколебаниях в зайксцутой динамической системе, свидетельст вуюцнй, что единой теории возникновения автоколебания при реза ник пока нет, подвергшей сложный характер их возникновения. Сло зшость поведения в динамике такой многомерной взаимосвязанной

кетемы не позволяет априорно установить наилучшие параметры ее лементоз и'их рациональное расположение.

Для расчета динамических характеристик несущей састеет при-зняят различные методы исследований, среди которых наиболее ниперсалънкч и эффективней является :.:етод конечкнх элемзнтэз. то .т.е гремя использовать результаты такого расчета, например, ля оценки технического уровня станков-аналогоз затруднительно гз учета многообразия ограничивающих факторов вкброустойчивости ?и резании в различных зонах рабочего пространства. Метода оце-к! вибрсустойчявостя дияачгаческой системы станка при розанки згозакв, как праглло, на одлофакторпсм анализе, прячем в поду -нежх зависимостях изменения динамической характеристики а ра ->чен пространстве отсутствует ограничения, обуеяозяегажэ рабо -си характеристика!,!!! стажа: М , М к др. Однако системность от подходе к опрэделенип рациональных вдаодтУх параметров стан->3, организация сборки станков классов точности П, 3, А ( при пфпгацпй та конструкций практически на 100 %) в еджом кхк? ~ )Гичэсксм потоке порождает необходимость пояска обобщенного по-изателя для спетсл технического уроаня к качества релличта: «о-¡лэй станков.

¡'Ьггзци'зся теоретические разработки показывая?, что одной из «более икрорматквнцк динамических характеристик является аш -;тудко-фазовал частотная характеристика (А£ЧХ) станка. А5ЧХ азана с режслеми обработки (предельной глубиной резания Т Пр), ■о дает возуожость установить характер изменения предельно;1. :убина резания дчнш.ствекой характеристик*? во всем рабочем про-ранетве станка. Псэтоглу ецэнку технического уровня ноецх стан-з в сравнении с аналогами эффективнее проводить с шио:цьз обо-.енного показателя - интегрального параметра впброустэКчявости, •торгй учитывает в совокупности изменение виброустойчизостп "Ь Пр ) при перемещении рэзпа и рабочем пространстве и сочетэ-е рабочих характеристик станка М , М и др.

Исходя из изложенного, сформулированы следугдаэ задачи ра -

ты:

I. Исследовать элементы динамической системы токарного ста-а для определения ограничиваэ'-цюс факторов его виброустойчквос-в рабочем пространстве.

2. Разработать упрощенную математическую модель системы суппорта на каправлясщнх сколькения в условиях полужидкостного тре -кия.

вкпенной виброустсйчивости и технологической надежности.

4. Разработать конструкции и освоить производство новых прецизионных токарных станков.

5. Разработать методические положения по определен*® техни -ческого уровня токарных станков через предельный интегральный параметр виброустойчивости при резании.

6. Разработать практические рекомендации по повкпегащ виброустойчивости токарных станков среднего типоразмера.

Во второй главе разработана, математическая модель системы суппорта токарного станка на направляющих скольжения в условиях смешанного трения, где в качестве основы принята теория полугеид-костного трения Кудшоьа В.А., согласно которой гидродинамическое действие смазки проявляется во всем диапазоне скоростей скольже -ния, начиная с нулевой.»Возникновение автоколебаний при перемещении узла многие авторы связывают со скачком силы трения при переходе от покоя к движению и с падающей характеристикой трения по скорости Р = р (Vs)'. ь учетом схватывания элементов трущихся поверхностей или совокупным действием казвшкызс факторов. Принимая это во внимание и объясняя изменение силы трения, В.А.Кудинов указал, что такой подвикдай узел необходимо рассматривать как систему со многими степенями свободы в условиях гидродинамического действия смазки, причем возникновение скачка силы треНия в реаль.-ной конструкции сопряжено также с боковым смещением скользящего тела. При перемещении э этой системе возникая? устойчивые автоколебания релаксационного характера, которые с ростом скорости либо пропадает, либо превращается в колебания, близкие по форме к гармоническим. Учет движения суппорта в разных плоскостях приводит к сложному выражения передаточной функции и затрудняет ее определение. В работах Санкина D.H. после ряда преобразований и упрощений дано выражение передаточной функции подвижного узла в виде: .

3. Разработать технические решения основных узлов станка по-

где р - параметр преобразования Лапласа; Ш - касса суппорта;

- коэффициент' рассеяния энергия а цепи привода; с - .гест-кость последнего; 84 - постоянная времени всллъ'ваиия; переменотй углоеой коэффициент наклона статической скоростной характеристики процесса трения; У £ - скорость подачи; £д -коэффициент яидкостной составлявшей трения. .

Решение (I) справедливо в достаточно широком диапазоне скоростей подач подвижного узла при условия, что уточняется коэффициент наклона кривой трения "в" по зависимости Р=Р(У$)прн заданной скорости яодачи , причем эти крквыз могут быть самыми разнообразными в зависимости от вида смазки я материала направлявших. Передаточная функция подвижного уз л?, на направляющих скольжения (I) дает более точное репекие, чем решения других авторов, ко она довольно громоздка. Взяз ее за оснозу, мы ярзяло -жили математическую модель подвижного узла, которая описывает его динанкку в условиях полугшдкосткого трения и направлена на упрощение я приведешь основной модели к адекватной модели по ¡гаженного порядка путем аппронсшации А5ЧХ. системы характеристикой колебательного звена с сохранением высокой точности расчета. Это достигается тем, что на экспериментальной А5ЧХ принимается во внимание доминирующий шток кривой, определявший устойчивость, а для идеют5фякс15гл упругой системы (УС) и расчетной модели пред -яотено ЕЬфгженне для учета эквивалентного коэффициента демпфирования. В результата для подвижного. узла трзкия яолучеко ярибли -т.ежоз зкраяение передаточной функции в виде:

^/пп(р)= Т«У +Т\?+1 ' (2)

эквивалентный (уточненный) коэффициент демпфирования; .. __ 1частота затухавшее колебаний;

, 1 В1ГП .

Тг = 1/а) ; Т1=ЕзК.

Характер совпадения А5ЧХ при расчета по основной и предло -ленной моделям иллюстрируется графиком (рис. I).

На основе разработанной модели предложен способ определе -тая передаточной функции подв:шного узла трения по напраэдяэдим скольжения мотаялорекуцего станка в условиях полуггадкостног» трения. Определяя из графика = коэффициент "з", испо-

Рис. 1. АФЧХ ползуна, полученные по формулам: I - по формуле (I); 2 и 3 - по фор;.!уде (2), соответственно, без учета к с учатся поправки к коэффициенту демпфирования

т

льзук полученное характеристики переходная процессов

-згт^эт&зШ, 6Нт7

А1+1

ОЗ*

2 а т

и реиая далее совместно систему из выражений для ва и к, получ* падрклер, значения параметров , , V/

Способ определения передаточной функции апробирован при-экспериментальных исследова киях токарных станков с * 320 г..:, в конструкциях суппортов г торнх использованы пари трения чугун-чугун, чугун-фторлон. Пре^ ложек« такса технические решения (а.с. 3? 806266-, К» 17а09?.7, пате Р I736600 к др.), в т.ч. с гасителями колебаний; результата их экспериментальных исследований подтвергщаат теоретические расчз та. Передаточная функция системы суппорта - часть общей вередатс чяой функции замкнутой динамической системы станка, формируемой целью расчетного определения интегрального параметра виброустой чнвости.

В .третьей главе рассмотрены некоторое теоретические пологе пил расчета несуцей снсте.та (НС) токарного станка, а-частности приводится описание современной методики расчета колебаний произ вольной системы твердых тел, соединенных, упругими связями; тсорч тические положения для случая построения упрощенной катематичес кой модели механической систеш, а такие цриыеры по результатам расчета АЗгЧХ спизделыгых узлов различных конструктквгзог исполнений, ко виз оригинальна® конструкторские решения к результаты ок-слериментов.

Несущие система токарных станзсов средних размеров кьгепт коробчатые конструкции, расчет динамической характеристик! таких систем во методу конечных элементов наиболее предпочтителен. Б силу своей универсальности кетод позволяет описать взаимодействие ¡элементов НС с наибольшей точностью и не нуждается б даль -нейпей экспериментальной проверке, что обеспечивает его »ффек -тиеность на стадии проектирования станка. Точность результатов

расчета во многом определяется качеством расчетной схпуь точности} гадания ее параметров.

Из решения обобщенного диЗДэревдкадьного ураэнеккя дклалика сложной механической система следует, что каздкЯ зигох А1Ч< соответствует одчему члену заЕйск.'.ости :

Это подтверждается на практике при снлтй:« А$ЧХ, млеющей г.ог.-.н^у-тпие вятка. По экспериментальккм А-ЗЧХ находят постоянные

Т2 к коэффициент усиления К; А^ЧХ ногут слу>:нгъ ср~г,ст:дл • исследования приближенных моделей слсжплс механических енатс-и.

Расчет КС токарного станка в полном объема но препусу«4 григ- -лея, т.к. он ншюлнен ранее друг «те*, исследователями, кс??р\\- ■:■ составе НС указывавт на ппгаиелыйгй узел, допуская его отделок >■» рассмотрение как основного, наиболее ватного элемента НС. В логовом режиме на ПЭВМ с пеио-дьп пакета пркклодних врогр.."м 5 (Мосстакккн) выполнены расчета статических дкилкачгских хара!:--тер$!стик вариантов ппиндельных узлов: базового, силового, скогол-тного я др. Теоретически исследована взаимосвязь варьяруогг«- {акторов: ¡кесткостеД и диаметров опор, кежопэрного расстояния, сг-о-т-лне этих параметров системы с ее передаточной функг,к:.:?., а приведены экслеркиэктаяьн!» исследования вынужденных ко ппинделмва: узлов я вяброуетоЯчиеости станка я делом. Та.*, оставив расчетных параметров, дагаос пологительтЛ зф^зхт, п:-?год;г-ло укеныгить дадакичесхув нодатлизость глиндельного з'зля ас сравнения с баз о в от вариантом с 2,6 • Ю"4 до 0,ь5 • 10"" мм/Н, характеристику устойчивости ^ е ШОХ уменьшить с 1,25 • 10""' 0,4 • ьгг/Н. Результаты расчета использопшгы для улуч-зеня* г.онструтеш стандельного узла при разработке новой гглмы пропити-енккх токариах станков >'Т320. Полученное при испытании станхоп мод. УТ16, УТЗЗЭ относительное уменьшение значений реэонгнлг.« податливостеЯ для нового станка согласуется с „ лечоттлш длнтег.ь В итоге достигнуто более чем трехкратное улучшение Л«Ч.Х неходкого Епиндеяьного узла, что подтверждает правильность принлтнх конструктивных реиэний.

Натурьай эксперимент показал поэютние несучеЯ способности Ешндельного узла на гидростатических опорах с различными вариантами систем их питания, применение многопоточных делителей ро'ол'н

пастсли!ск дросселей на входе в карман позволило повысить радиа нуо жесткость спору в 1,5-2 раза.

На основе въгсюлненншс исследований предложены защищенные » 41С'с,ЛО, )? 14йм53, J? IÖI60ÖI и патентами № 1776347, » 2015427 технические решения шпиндельных узлов, ковш конструкции впивде. них подшипников, подшипниковых узлов, а такхе способ измерекк жесткости полгашника и устройство для его осуществления.

Передчточная функция КС также входят составной частьв в о& передаточнуя функции замкнутой динамической систему станка, кот. рая далее мотет быть использована при определении предельного к; тегрального параметра виброустойчивости.

Четвертая глава посвящена методам оценки устойчивости кета, лорежущих станков при резании в предположении, что сам процесс реляния является собственно устойчивым - динамическая характер:»: тика резания 'имеет, например, вид У\/р=К£ , где К- удельная сила резания, в - ширина стружки.

Рассмотрен метод определения виброустойчивости при обработ; заготовок резанием в типовых условиях, который себя хороао заре командовал при приемо-сдаточных испытаниях станков благодаря своей универсальности, возможности выявить и оценить дефекта изготовления и сборки. Рассмотрена также сравнительная оценка стш ков по ЛФЧХ упругой системы. Практика показывает, что производи тельность и точность обработки ограничивается каким-либо одда доминирующим факторон, связанные с конкретней характеристика»! станка, инструмента, приспособления или заготовки. Это свидетель ствует о том, что существующая практика совершенствования стаг: ка по какому-то одному параметру, без его увязки с другими огра ничивавщкми параметрами, вряд ли целесообразна. Предварительной эксперимент показал, что динамическая характеристика станка, ви раженная предельной виброустойчивостьэ при резании исходя кз совокупности накладываемых ограничений, определенная во всех зонах рабочего пространства, мозигт служить объективным критерием оценк технического уровня и эффективности применения токарных станков. Показана принципиальная возможность расчетной оценки предельной величины виброустойчивости токарного станка при резании в фукяци положения рэкуцей кромки инструмента в его рабочем пространстве.

Предложено компоновочное техническое решение токарного стан ка, которое защищено в Роспатенте свидетельством J? 3356S на про кгкзлекньШ образец "Универсальный токарно-винторезнцй станок" и

рено э серийное производство на УМЗ. В рамках концепции эф-ивного использования рабочего пространства станка, гтовыпе-его виброустойчивоста, точности обработки и расширения те*--гкчесхюс возможностей предложены дополнительные устройства: остатаческнй вращавшийся чентр; поводковый патрон с компяза-емеккюс центров к насадок. Установлено влияние дисбаланса аеля с заготовкой на интенсивность вынуздеишх колебаний и эеть обработки, предложено модульное автоматическое бялакга-зное устройство (АЕУ) для ппкндельтк узлов, защищенное па-зм 1779464, позволяющее уыекыгнтъ вибрации шпинделя с н-'-у->решенной заготовкой до 10 раз я стабилизировать амплитуду точных колебаний (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость амплитуди А колебаний вейки спивделя до (I) и после (2) автобалансировки от статического дисбаланса JDd пяинделъного узла

Знание передаточной функции процесса резания позволяет переформирован!® общей передаточной функции динамической еисте-анка. Причем, из условия устойчивости для разомкнутой системен дккамичесхуп характеристику замкнутой системы и прсцес -зания, учитывая известкуя связь АЗЧХ с прэдельной глубиной ия, txomo определить предельную глубину резания а рабочем рапстве, а затем вычислить интегральный параметр виброустой-ги.

Тятая глава поевящена экспериментально^ исследовании и оческой реализации разработанного комплексного метода оценки tecKoro уровня и дефективности токаркых станков по к* интег->му параметру виброустойчивоста в рабочей пространстве. Ьсеперкйенты проводили isa токарных станках пяти основных мо-

с - 320 sai ÍI6BI6A,SCHAUBLIN- у'132°. «К.

1), установленных з станочной лаборатории Л43. Измерения и ■тху подученной информации проводили с использованием ткпо-сиплекса аппаратуры па методике, разработанной в 5H5ÍÜG. калвд результатов испытаний на холостом ходу станков мод. УТ320 показал, что наиболыигй уровень колебаний ваблздался

пр.! частоте вращения 630 и 2000 сб/мия. Он связан с возмущениями от пгипзда, а также с влиянием зацепления коррегированной зубчатой паги коробки скоростей. На шпиндельной.бабке, резцедержателе и задней бабке гвдояенн близкие по уровню гонга частот: (22 ...24), С!, 35, (70 ... G2) Гц, причем частоты (22 ... 24) Гц соответст-ry»r ocJopo-.HCS частоте двигателя 1500 об/ыин, "Ю Гц - частоте колебгний суппорта. Екщткдекние колебания такого же спектра выя-при чистовой обработке.

Синение уровня вынужденных колебаний шпиндельного узла мо-7:11Ю обеспечить, например, изменением структуры главного привода, располагая наиболее интенсивга*е низкочастотные гармоники возму --кений ст иликдзлыкх опор и привода кенду собственными частотами КС.

В процессе резания, по «ере увеличения глубины рззакия начинав? проявляться и доминировать более высокке реэонаисниз частоты - 1Ь6, (170 ... 193), 205 Гц к др.; например, зафиксировано наступление резонанса на частоте 181 Гц при обработке заготовки диаметром 30 и, собственная частота которой составляет 186 Гц.

Экспериментально выявлена несбалансированность частник ограничений у большинства исследованных станврз и до;>пшируачие ограничивающие фактору производительности: например, мощность привода главного движения является основнкл ограничением производительности станков УТ16П.М, УТ320П. Кинематика станка УТ16ПМ построена таким образом, что при часто цр'лленяемнх частотах вращения ипи.чделя 315, 400 к 500 об/мин двигатель работает на ступени малой мо^ости (3,2 кВт), ото снижает эффективность использования полкой мощности двигателя (5,3 кВт). Станки УТ16 и УТ320 ( без нанладппде фторлоновых направляющих) имеэт потери мощности холостого хода, в 1,3 - 1,7 раза превьшаэдие потери станкаSCHAUBUH

- 150. Дгся стачка УТ16ПМ с первш вариантом конструкции задней бабки наблэдается большая потеря жесткости при перемещении к

ее центру. Вибрации холостого хода для станка УТ16 в 1,9 - 2,7 раза, а станка УТ320 в 1,2 - 1,3 визе, чем для моделиSCHAUBUfl

- ISO. Мощность холостого хода станка УТ320 удалось снизить в 1,5-2 раза относительно станка УТ16А после установки на ста -но к УТ320 суппорта с клее ими накладными направляяцими из фтор-лона. Установкой на станке УТ320 ограждения рабочей зоны с функцией динамического гасителя колебаний суппорта снижен уровень вибраций холостого хода до двух раз. Формы колебаний суппорта

танков УТ15А и УТ320 практически не отличаются, для станка СНАиВШ! - 150 получено существенно меньшее значение резска-сных податлизостей. Полученные в процессе эксперимэнтялыгых нс-ледоваияй динамические характеристики Т ^р и др. р«-

ичннх моделей прецизионных токарных станков использованы при асчзте передаточной функции их систем суппортов, а также г.итег-аяьнагс параметра виброустойчивости для оценки устойчивости стоков при резаний.

Методика определения предельного интегрального параметра зн-роустойчивостн для рабочего пространства станка состоит из тапов. Первый этап предусматривает определение частных огр-лмче-ий (рис. 3) виброустойчивости (расчетных - ЬЦ . и ДР-ксперкментальных ) по каждой из характеристик динамической

хстемы а каждой зоне рабочего пространства станка. На второе, гале определяит предельнуп интегральную характеристик!' знбр:ус-эйчивости из лимитирующих ограничений по зонам, а далее допус -;?мув скорость объевшего съема металла на станке. Следу:; лий -гк-зчительный этал - определение производительности, нзлриу^р. ч-?-зз цикловое время обработки заготовкя условного изделия. Пр»:,д -зжегаягй метод дает более точную и объективнуэ опенку тф^нзво-и-!ЛЪКОсти, в т.ч. ее экспресс - оценку с использованием ¿-ор-у-™ ?мпсона. От АФЧХ (теоретической или экспериментальна пере -)д к частному ограничен!® по глубине резания возможен по зави-мости: о, Б У

К{ш'|П £е\А/ус {

1Н пример расчета по изложенной методике проиэводитрльности пре-(зионного токарного станка отд. УТ16А с использованием пр->дло -¡иного в работе предельного интегрального параметра вибрсустой-гвостк при обработке заготовок длинномерных деталей.

Лолучеинуа информации об интегральной характеристике вибрс-:тойчивосТя в рабочем пространстве следует ввести э руководство | эксплуатации на каждый станок.

Рис. 3. Сх*ма расчетно-окспериментального определения интегрального параметра виброустойчивости з рабочем пространстве

иСЙОБНЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана методика комплексной оценки технического урог ня прецизионных токзрных станков по предельному интегральному пг рачетру внброустойчквости. Установлено, что у болызинства станкс частные ограничения, характеризующие динамическую упругую систему кесбаланеировакы. Разработанная методика позволяет выполнять: обг ективнуя опенку технического уровня (эффективности) станков - а.чз логов; оптимальный подбор станка под технологию потребителя; довс дку конструкции станка путем сближения значений частных ограниче ний в процессе его создания с оценкой эффективности принимаемых технических реиений.

2. Проведено теоретическое исследование динамических характе ристкк элементов замкнутой динамической системы токарного станка рабочем пространстве, в результате которого:

- разработана математическая модель системы суппорта токарко го станка на направлшцих скольжения в условиях полужидкостного трения, являслейся системой по крайней мере с двумя степенями сво Солу, в виде адекватной модели пониженного порядка путем аппрокси мац-.гл экспериментальной А5ЧХ характеристикой колебательного звена На основе разработанной математической модели предложен способ определения передаточной функции подвижного узла трения по направляли»: скольжения металлорежущего станка, позволяющий упростить определение коэффициентов динамической характеристики процесса трения для ралличнкх пар трения и смазочных материалов;

- проведен расчетный анализ с использованием ПГЕ'г динч.'И'и-с--податлизости вариантов конструкции шпиндельного уз;п у.п.:- .

ирушего элемента КС токчрного станка. «оказано, что г.:п стланик токарных станков-аналогов вачсно провопить р<?с«ет!г ю н:аз частных с граничений систему при резчнии на основе предложенного интегрального параметра пиброустойчипостк;

- выполнен анализ методов опенки ш'.бр;:усто'<5чивссти

уЦИХ станков, ОСНОВНЫМ ИЗ которые Ь"1 ПрПИЗВОДСТЕ'? ЯЕЛЯ'"7СЛ испытаний при резании.

3. Проведено эксперкуентальное ксслпдоьание пяти усу;'.'л;-й цизиогамх токарных. станков к вариантов исполнения отделм-чтс их оа, на основании которого установлено, что в ряде модулой с?-:-в гл.я обеспечения сбалансировтнности огглж-лп'И/.Я ме*ду собо.1 5уется их оптимизация по моцности главного привода, клчемлгикл чкя, жесткости суппорта, зада??. бабки, патрона и т.д. •.'яр.*г.л-

уровень и частотный состав относительных колебаний ?■ зоне гния, проанализировано иэменедае спектра колебаний с уым:ич---* глубины резания. Установлены ссбствсн!1ке частоты и ко-

гний каретки суппортных узлов. Разработаны на уровне и:>о>"-{.-пе-устройства (а.с. » ЬОбЭоб, £ патент £ 173алХ» и

¡печиважцие повышение точности и плавности перечет,РН'.п еупп^р-Показано уменьшение уровня вибраций лейки гптп^лд с лдгоюй-до 10 раз, например, при использовании предл<да~-тп« техчичее-репений (а.с. £ 410670, » 14£ие53, V 177У4с4, патент ¿01 )угих оригинальных устройств и рекомендаций.

4. Предложены технически* рдаешт (13 изобретений) конструх-иеталлорежуиего станка в целом, основным его у злам л дополни-.ны* устройствам (см. список публикаций в конце авгор<;фгр-чтч>.

По результатам работы созданы, прояли прсюшизнные исиитчния :воены серийно в производстве на ПО УМЗ новые специалипиро.-кн-токарно-зинторезные станки моделей УТЗЮП, УТ32^В, ко гор*} дены свидетельством на промшленний образец. *-лзр*ботака т»к-;овая модель токарно-винтор»зного станка осо^о .-.ыс-окой точнос-УТ320С) с гидростатическими опорами впинделя и нстр^с-шпа: в нделъный узел модуль«»* АЕУ птмщпля и н-уряановез-мшой ч, позволяющим уменьшить их уров^чгь рибрлций дэ !0 рчэ и илиз!фОвать амплитуду остаточных колебаний.-

5. Результаты проведенных динамические исследований и испита нкй, практические рекомендации по повышению работоспособности то кчрнкх станкоз внедрены в производство ПО У,43, Экономическая эффе кт/вность использования новых прецизионных токарных станкоз обес ксчивзется диумя основными факторами: повваениеи качества обрабо • ".гшных поверхностей за счет снижения уровня вибраций; уменьшением количвстйл переустановок обрабатываем« заготовок, вследствие чего повцзаетск производительность обработки за счет сокращения как малинного, так и вспомогательного времени. Расчетный годовой эко-комичес!г(;й эффект от внедрения станка УТ320В по уровка цен на начало 1391 года составил 465-1000 рублей.

исновяке публикации по теме диссертации

1. A.c. » 410670, СССР, iaHH В23В 19/02. Шпиндельная бабка высокоточного станка / В.Юиганов, М.С.Перетятько. - 1693290/25-8; заявл. 20.09.71; опубл. 15.01.74. - Бил. № 2. - 2 с.

2. A.c. 774812, СССР, МКЙ В23В 29/32. Автоматическая револз верная головка / В.И.Жиганов, У.С.Перетятько, В.С.Смирнов. -26193а2/25-06; заявл. 25.05.7В; опубл. 30.10.80. - Бал. $ 40. -

4 с.

3. A.c. » 806266, СССР, 13Ш1 В23В 21/00. Суппорт прецизионное токарного станка / Б.И.Еиганов, Л.И.Бабикова. - 2771620/25-08; за-яал. 26.05.79; опубл. 23.02.81. - бол. i? 7. - 2 с.

4. Кочинев H.A., Жиганов В.И. Ограничения производительности резания на токарном станке. "Станки и инструмогт", }? 7, 1986. -С. 27-28.

5. A.c. & I42B853, СССР, ИКИ FI6C 32/06. Шгоеделышй узел7 Ю.А.Сахно, В.Н.Кехед, П.П.Седлярский, В.И.Жиганов. - 41Э1184/31-2Г заявл. 27.00.66; опубл. 07.10.68. - Еил. Р 37. - 4 с.

6. Сахно .Ю.А., Седлярский П.П., Екганов В.И. ПоЕ1Иокяе несущей способности шпиндельного узла легкого токарного станка//'Станки и инструмент", » 2, 1989. - С. 20-23.

7. A.c. JP 1604506, СССР, МНЯ В23В 25/02. Резцедержатель / Ю.А.Сахно, Н.В.Кравченко, П.П.Седлярский, Б.И.Еиганов. -4312020/31-08; заявл. 05.10.87; опубл. 07.11.90. - Еэл. » 41 - 3 с

6. A.c. Р I6II58I, СССР, МКИ В23В 23/04. Вращаадийся центр / Ю.А.Сахно, Ф.Ф.Халимон, И.А.Са!лкмонова, Б.И.Еиганов, П.П.Седоафс-кий. - 4481900/31-08; заявл. 14.09.88; опубл. 07.12.90. - Бэл. » 45. - 4 с.

- IS -

9. Патент Я- I73tSC0, СССР, :.Ki B23S. II/Oc. Устго.'.сггс дг.д rr-1гдеккя зонн резавяя токарного сга::ка / З.Л.-^гппсв. - 4с^:М-»2/Сч; !лзл. 14.се.90; слубл. 07.06.92. - Б--л. У: 21. - 3 с.

10. Сахео 1Г.А., "Датюзко 3.:!., Элтонов 3.:!. Аггс-згглеская бз-шс.",ррвка шандедышг узлов с кеурагноЕечзяпой заготовкой // Стзп-! 2 инструмент. IS32. 'Ь II. - С. 15-17.

11. Из г он г Г: 1776347, СССР, 'Ш СОМ 13/04. Способ яз."эрс-:«я !стксстл подяышлхэ л устройство для его осупествлопгл / Д.1Д.5е-!;:, 3.::..iiraaoB, З.Н.Санкак. - 4-45224/27; заявл. I7.C-3.9I; слуЛи 1.11.92. - Б:ал. Л 42. - 7 с.

12. A.c. Ус 1779464, СССР, Ed В23В 19/02. Усгго/.сгьо для звто-гяпоской tfaiaHcapoBKE / й.А.Сахно, В.'Л.'.'лгхско, П.П.Ссдлчгсклй, З.Лясота, В.И..Еигапов, В.М.Чупг.пиа. - 4904750/Cü; заяпл. .01.91; опубл. 07.12.92. - Б:тл. А' 45. ~ 3 с.

13. A.c. В I7S0927, СССР, .'131 3233 21/00. 7с?голсгео для регу-горпнпя зазора •s'sty суппортси в пащрпвлягог'.ч / 2.A.Cax»o, '.Гончар, В.Л.У.зтгооко, З.П.-йггпсз, З.М.Чуярг-на, П.П.Седлярс -

»'.. - 4o7IS9b/0=; заявл. 10.10.90; опубл. 15.12.92. - Б:п. * 46. -о.

14. A.c. Г; I6I6GSI, СССР, FI6C S2/C4. ^пютсЕядкосгкиЗ. ггдпная / О.З.Бузунов, А.А.Федоров, Е.А.Наззркдл, З.п.-г-чгсное. -■'.4594/27; заявл. 05.CS.91; опубл. I5.C5.P3. - Б\.-. 1о. - 5 с.

15. Патент >? 2015427, Р5, FI6C 32/С6. Г::дг оста гл чс-с :-';<я о / З.А.Сахно, З.Л.»!атедко, П.П.Седдярскг>.;'., 3.1!.Лдгаков, Б.Ц.Пст-::. - 4190772/27; заязл. 17.12.30; опубд. 3c.C6.94. - F/n. й 12. -

15. Токарний ctsbos, US® В233 3/00 / B.K.Sarnnos, ::.Й.Слпклз. -■o-KToibiioe реаенпе Роспатента от 15.02.94 по заявке 92 -l'57/ut,; заянл. 16.02.93.

17. Свидетельство ГосЕоьзгеобрегонай СССР на пго:.т."лле::::ий ебгл-; У? 335SS. Универсальный то.чарно-з;штог-сзл;;Г: станок / 3.Л.Прохоров, И.З.Бабяков, Й.В.Иегченко, А.А.Г^о^а, А.й.М'.ътпг-ъ, З.Л. •зяов, П.П.Седаярскяй. - Заявка 5 553Ь8; агсорпгет 02.04.90; ■огг.стрнрсзан 2c.I2.90. - 13 с.

1ь. Санкяа Ю.Н., «генов В.К., Козлоссгай A.B. Дг?егатсчкзв [.'•пап узлов на надраЕЛя.<„;:^х сколь-'.енля // СГ.Я. 199*. .'.' 4. - С. ■17.

19. :.Ьги2го 3.?.., Сахно ¡O.A., Чугргла З.М., Злт-анев Ь.П. Псвыл:;?— ! р^сскгпеяосгл овтохатЕЧсскей бадзпсароЕха сгшпделзяого узла // тнпл гапгаосгроешщ. 1994. й 5. - С. 20-21,

Подписано в печать Об.ОР.Эб.Форггат 60x84 К/16. Бцнага писчаа Печать сссетнаа. Усл.печ.л.1,01. Тираз 110 экз. Заказ

0$еетиаа лаборатория НлГТЗ. 432700. Ульяновск. ул.Энгельса,3