автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов и снижение температурных деформаций в токарных станках средних размеров

Министерство станкостроительной и инструментальной

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЖПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ И СНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИИ В ТОКАРНЫХ СТАНКАХ СРЕДНИХ РАЗМЕРОВ

Специальность '05.03.01 - Процессу механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических науй

промышленности СССР

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ - Э Н И М С -

На правах рукописи

ШАТАЛОВА Марина Михайловна.

Москва 1990

Работа выполнена в Экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Левина З.М.

Официальные оппоненту - доктор технических наук,

профессор Пуш A.B.

- кандидат технических- наук, старший научный сотрудник Фигатнер А.М.

Ведушее предприятие - Московское СШ "Красный пролетарий" т.г.

А Л.Ефремова

Защита состоится декабря I9S0 года в 9 часов 30 ми-

нут на заоедании специализированного совета Д 125.01.01 Экспериментального научно-исследовательского института металлорзкуших станков по адресу: г.Москва, II7926, 5-й Донской пр., д.21-6.

С диссертацией даш> ознакомиться в библиотеке Экспериментального. научно-яссявдовательокого института, металлорежущих станков.

Автореферат разослан А'^г&яРУЭ'Х) года.

Баш отзыв на автореферат в двух Экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь Специализированного- совета, кандидат' технических наук

И.В.Голубев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в мировом станкостроении наблюдается тенденция к значительному повышению производительности и сложности выпускаемых металлорежущих станков и оборудования. Новая технология открывает большие потенциальные возможности главным образом в увеличении скорости резания и уроеня автоматизации, что ведет к росту энергонасышеняооти станка, а также к росту; тепловыделения в узлах станка. С другой стороны, для выхода отечественных станков на мировой рынок необходимо значительное повышение их выходной точности. В связи с этим, весьма актуальной является задача снижения температурных деформаций выпускаемых станков, так как доля погрешностей, вызванных температурными факторами, составляет от 40 до 70$ в общем объеме погрешностей обработки;

Применяемые в настоящее время методы компенсации температурных факторов, вызывающих погрешности обработки,.являются, как правило, дорохюстоядими. В связи с этим их использование не исключает, а. наоборот, предполагает тщательную проработку конструктивных и технологических параметров станка на стадии проектирования и вызывает необходимость в моделировании о помощью ЭВМ нестационарных температурных процессов в станке.

Интенсивными источниками тепловыделения в станках являются элементы гидросистемы, электроприводы, шпиндельные узлы. Последние обычно относят не только к наиболее интенсивным, но также и к наиболее опасным тепловым источникам, так как температурные смешения шпипдель-ного узла непосредственно влияют на точность обрабатываемой детали.

Температурные смещения оси шпинделя, возникающие в прощзссе работа станка, вызваны не только температурными деформациями самого шпиндельного узла, но они также являются следствием температурных депортаций базогох деталей (станин, стоек, кронштейнов и т.д.).

■ Работа посвятепа исследованию влияния температурных факторов на смешение оси шпинделя в процессе работы станка, а также на жесткост-ные характеристики шпиндельного узла-.

Основное Еяимайпе в работе уделено моделировании теплового состояния станков с гидроотатическима опорами и опорами качешн с жидкой омазкой.

_ЦелБ работы. Целью настоящей работы является снижение температурных деформаций станков на основе разработки и проведения автоматизированных расчетов и экспериментального исследования температурных процессов в станках, в том числе нестационарных.

Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследо-еэния проводились с использованием численных методов, методов теории теплопередачи и термоупругости, гидродинамической теории смазки, теории пограничного слоя. Экспериментальные исследования выполнена в производственных условиях на станках токарной группы, а также в лабораторных условиях на испытательных стендах.

Научная новизна. В применении к методу конечных элементов разработаны математические модели и методика автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качения с жидкой смазкой с учетом тешгообмвгл между узлами станка, теплообмена с окружавшей средой, с учетом изма-. йения тепло$изичеоких овойств смазочных материалов и окрукаюшей среды в функции температуры и времени.

В результате экспериментального и расчетного исследования нестационарного теплового состояния токарных станков составлен баланс температурных де|ормаций'в зависимости от режимов и времени работы станка

Получена количественная оценка эффективности предложенных мероприятий, направленных на снижение температурных деформаций.

Определено влияние нагрева шпиндельного узла на статическую жесткость и собственные частоты.

Практическая ценность. Разработано ПЮ, реализушее предложенную методику автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качения с жидкой смазкой, позволяющее проводить расчет на всех стадиях проектирования с целью определения рационального в тепловом отношении конструктивного варианта, подбора материалов элементов конструкций, выбора типа смазки, параметров гидросистемы, способа компенсации температурных факторов.

На основе проведенных исследований группы токарных станков средних размеров выявлены резервы в повышении быстроходности и точностных показателей станков по температурному критерию.

Результаты работы использованы при модернизации токарных стая-ков, а также при проектировании новой гаммы токарных полуавтоматов с ЧТО" загода "Красный пролетарий" им.Ефремова. Разработанное ПМО попользовано в расчетах при проектировании зубошли$овального станка мод.МШ395- ГО "Московский станкостроительный зэеод".

Апробация работы и публикации» Основные положения работы дологг жены и обсуждены на научно-технических конференциях: "Перспективы создания автоматизированных гибких производственных систем" (Москва, 1984 г.); "Проблемы создания гибких автоматизированных систем на

предприятиях отрасли' (Ленинград, 1966); "Проблема создания программного обеспечения комплексной автоматизации" (Калинин, 1987); на заседании Экспертного совета отд. й 12 ЭНИШ, 1990 г.

По теме диссертации'опубликовано 7 рабоя.

Объем работа« Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 126 странивдх машинописного текста, содержит 76 рисунков, 9 таблиц, список литература из 141 наименования и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена состоянию вопроса я постановке задач исследования.

Значительный вклад в исследование температурных процессов, протекающих в станках, внесли труды Д.Н.Решетова, Ю.Н.СоколоЕа, В.А.Алфёрова, А.В.Пуша, М.З.Лурье, А.С.Проникова, А.П.Сегидч', Е.Ецджеевскя и ряда других авторов. В их работах рассмотрена вопросы тепловыделения от внутренних и внешних источников, проведены исследования температурных полей и температурных деформаций в стайках различных групп, исследовано влияние температурных факторов на параметрическую надежность станка, отыскиваются пути снижения тепловыделения в узлах станка и уменьшения температурных деформаций.'В работах показано, что:

- основными источниками тепловыделения в станках являются узлы трения, электроприводы, элементы гидросистемы; существенное влияние на формирование температурного поля станка оказывают колебания температуры окружавшей среды;

- исключить или свести к минимуму влияние на температурное поле станка теплообразования при резании удается путем правильного и своё-временного отвода стружки и СОЕ;

- потери мощности холостого хода составляют 0К0Л9 90?'от общих потерь мощности, что позволяет проводить исследования и расчеты теплового состояния станка на холостом ходу.

В настоящее время весьма элективным и экономически целесообразным является моделирование температурных процессов в станке на стадии его проектирования с целью оптимизации конструкции и сведения к минимуму влияния температурных факторов на точностные показатели станка. Широкие возможности для моделирования нестационарных температурных процессов дает применение МКЭ. Однако существующие методики моделирования теплового состояния станка на базе МКЭ требуют развития и совершенствования, так как ориентированы либо на рассмотрение стацио-

нарных процессов, либо на рассмотрение поведения отдельных узлов станка. Отсутствуют конечно-элементные модели тепловых процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качения с жидкой смаэ-кой с учетом нестационарного теплообмена с окружающей средой и узлами станка, с учетом зависимости теплофизических свойств смазки и окружающей среды от температуры и времени. Поэтому были поставлены следующие задачи исследования:

1. Разработать математические модели нестационарного теплообмена станков с гидростатическими опорами и опорами качения с жидкой смазкой.

2. Разработать тепловые конечно-элементные модели для наиболее распространенных быстроходных гидростатических подшипников и круговых незамкнутых направляющих.

3. Разработать программно-математическое обеспечение, реализующее расчет по предложенным математическим моделям и версии подсистемы температурных расчетов на новых аппаратных средствах, в новых операционных средах,

В т 'о р а я глава посвяшейа разработке математических моделей нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами, и опорами качения с жидкой циркуляционной смазкой.

Для сведения задачи к двумерной использован подход, предложенный А.П.Сегидой, при котором все детали и узлы станка представляются в виде совокупности осесимметричных и коробчатых тел. При расчете температурного поля или деформаций строится развертка коробчатой детали на плоскость.

Тепловые процессы в станках с гидростатическими опорами или опорами качения с жидкой смазкой имеют следующие основные особенности:

- основным носителем теплоты является рабочая жидкость;

- существенное тепловыделение происходит не только в опорах, но и в элементах гидросистемы.

На основе анализа процесса теплообмена и с учетом возможностей МКЭ была предложена схема теплообмена, показанная на рис.1.

Уравнение теплового баланоа между рабочей жидкостью, и элементами гидросистемы шжно записать в виде:

¿Т

+ -в"» =Ст~Цх'

где йп, йнас, О-пр - количество теплоты, выделеЕшееся в единицу времени соответственно в подшипниках (направляющих) при вращении вала, в насосе, при прокачивании рабочей жидкости через гидравлические сопротивления; &хол- количество теплоты, отводимое в единицу времени 4

устройством охлаждения;? ./77 . Т - теплоемкость, масса и температура! рабочей жидкости соответственно; Г - время1.

Рис.1. Схема теплообмена в стайках с гидростатическими опорами

При моделировании нестационарных температурных процессов принято. что теплообмен рабочей жидкости с -элементами конструкция происходит с переменным значением коэффициентов теплоотдачи и температуру рабочей жидкости. Коэффициенты теплоотдачи-от сказки к подкшнику определены на основе теория пограничного слоя с учетом возпожеости турбуяизавди смазки. При нестационарном процессе критерии Рейяольдса, Прандтля, Грасгофа в соотношениях для определения коэффициентов теплоотдачи считали функциями температуры и времени. Для гидростатических опор коэффициенту теплоотдачи определяли по-отдельности для-перемычек, карманов, нодводяших канавок, а затем с учетом соотношения плоиадей теплоотдаюших поверхностей рассчитывали средний по опоре коэффициент теплоотдачи .В моделях учитывали теплообмен в гядробаке-. Тепловой поток в слое рабочей жидкости в опоре' считали изотермическим.

Одним из известных методов решения задачи нестационарного .теп- . яообмена в. конечно-элементной постановке является применение конечно-разностных схем для замену дифференциала'. Тогда уравнение теплообмена между рабочей жидкостью и узлаш станка можно записать в виде:

где С, й _ соответственно теплоемкость, масса, плэшадь тепло-отдашей иовсркйости; величина боо ипдойоа отпооятоп « рабочей мд ■— кости, с индексом "б" к гядробаяу, о индексом у- а у-ыу уейу свояка, участвующему в теплообмене; Т^Т/ - температуры гидробака, у-го узла станка, окружавшей среды в момент временя И0> Та-- температуры" рабочей жидкости в моменты времени Т0 и Т¿-Та+дТ соответственно.

В узлах станков часто существуют вйутранние объемы, заполнение воздухом, например внутри шпиндельной бабки. Причем воздух в этих объемах либо не сообщается с окрукаюшей средой, либо сообшается-ча-рез небольшие отверстия. Теплообмен с такими замкнутыми или ограни* ченными объемами воздуха, как показано в работе, оказывает сушзствац-ное влияние на формирование температурного поля соседних узлов. В работе предложены зависимости для моделирования теплообмена узлов станка с ограниченными объемами воздуха, в то время как в существующих в настоящее Еремя расчетах такой теплообмен, как правило, не учитывают.

Тепловыделение в опорах качения определяли по формула Пальмгрена, для нестационарной задачи теплофизические свойства смазки' нагрузки на опоры, частоты врашения рассматривали как функции времени. Теоретическую основу расчета потерь на трение в гидростатических подшипниках и направляющих составляет уравнение Рейнольдса. Потери на трение в гидростатических опорах определяли с.учетом: нелинейности профиля скоростей в карманах, возможности турбулизации смазки, эксцентриситета в опорё, изменения тецлогических свойств смазки в функции температуры и времени;

Тепловыделение в ременных передачах и в электроприводах определяли в соответствии с существующими в станкостроении методиками.

В третьей главе изложена методика а втолатизиро ваяно го расчета нестационарных температурных процессов в станках, позволяющая определять смешения оси шпинделя и узлов станка, входящих в размерную цепь, о учетом тепловыделения в основных источниках теплоты (в опорах, направляющих, элементах гадросистемы, .приводах"). Опи-оано ПМО, разработанное для реализации предложенных моделей расчета.

Методика Еключает в себя подготовительный этап (наиболее трудоемкий и не поддающийся автоматизации), этап автоматизированной-подготовки данных и расчета, этап анализа результатов расчета. Во« стадии подготовки расчетных схем и расчета сопровождаются графическим отображением.

Подготовительный этап состоит из:

1. Анализа конструктивных и эксплуатационных особенностей проектируемого станка; выявления наиболее интенсивных источников тепло- ■ выделения; выявления узлов станка, оказывавших наибольшее влияние на температурные смешения оси шпинделя (линейные и угловые),

2. Схематизации конструкции; деления узлое на осесимметричные и коробчатые; описания геометрии объектов расчетов.

3. Назначения условий однозначности: теплофйзических свойств материалов, теплофизичеоких свойств смазок и окружавшей среды, граничных условий, временных услоеий (для нестациояарных задач), параметров гидросистемы и т.д.

Этап автоматизированной подготовки данных и расчета включает в

себя:

1. Автоматизированную генерацию конечно-элементной с.етки, нумерацию и перенумерацию узлов для минимизации ширины полосы осноеных

_матриц.

2. Присвоение элементам условий однозначности.

3. Моделирование нестационарного температурного поля для совместного расчета узлов станка, входяяих в размерную цепь.

4. Расчет температурных деформаций элементов конструкции, оказывающих влияние на смешение оси шпинделя для выбранных шагов по времени.

На заключительном этапе проводится анализ результатов раочетов, выработка мероприятий по снижению тепловыделения в основных источниках и снижению температурных деформаций узлов станка.

Автоматизированные расчеты с применением МКЭ обладают рядом особенностей:

- трудоемкость построения расчетных схем и большой объем входной информация;

- необходимость в большом объеме оперативной памяти и высоком быстродействии ЭВМ;

- необходимость в графическом отображении всех основных этапов расчета;

- большой объем ПМО и высокая стоимость.

В основу подсистемы теулературных расчетов положен патт программ, разработанный А.П.Сегидой на .ЭВМ ЕС 1033 в операционной среде ОС РВ.

С учётом особенностей реализации МКЭ и на основе разработанных принципов мэдернизировано и расширено ПМО и'проведены следующие основные работы:

-'усовершенствованы ввод исходных данных и программы их обра-ботгш;-----

- усовершенствована методика построения расчетных схем;

- отработаны процедуры проведения температурных расчетов прл нестационарных'режимах;

- разработана новая версия подсистемы, применительно к РС класса АТ с учетом возможностей компьютера и системы М$-Х)0& переработана версия подсистемы на ВС ЭВМ 1055 в среде

Разработано ПМО для более широкого круга задач температурного расчета;

- расчета станков с гидростатическими опорами (подшипниками и направляющими);

- расчета станков со шпиндельными узлами на опорах качения о жидкой смазкой;

- расчета теплообмена при наличии ограниченных.объемов воздуха в станке. *

Подсистема обладает основными свойствами: открытой блочно-ш-дульной структурой, универсальностью и гибкостью. Максимально упрощен и не требует специальной подготовки ввод исходных данных за счет организации диалогового режима, бесформатного ввода данных (на. ВС ЭВМ), табличного и диалогового'ввода (на РС).

Четвертая глава посвяшена экспериментальному исследованию нестационарных температурных процессов в станках токарной группы средних размеров.

Измерение температуры осуществляли контактным цифровым термометром фирмы "&КР' с погрешностью измерения + 1%. Температурные деформации измеряли с помэшью специально сконструированной оснастки. Все измерения проводили при неустановившемся тепловом состоянии станков.

Статическую жесткость шпиндельного узла определяли с помэшью отсчетного устройства завода "ЛИЗ" модели 76502, для измерения собственных частот использовали световодный датчик, обработку сигнала датчика осуществляли с помощью ЭВМ. Собственные частоты определяли при ударной нагрузке по свободным колебаниям шпиндельного узла.

Обследования группы универсальных токарных станков в-условиях производства показали, что в течение смены станки практически не выходят на установившийся тепловой режим. Экспериментальные.исследования позволили выявить основные источники тепловыделения в станках, оказывающие существенное влияние на температурные омещения оси шпинделя, к ним относятся: опоры шпинделей, ременные передачи (станки 8

мод Л^О'ШЗСГ. 16Б16Т1У. глдроотанцая (отанки мод.16К20ВФ1). электродвигатель главного движения и редуктор (отанки мод.1720ШЮН

Сравиитётаныв исследования нестационарных температурных процес- -сов в'станках одного типоразмера с разным типом шпиндельных опор (оганки юд.16К20ВФ1 и 16К20) показали более высокий уровень температур нагрева шпиндельной бабки и станины у станка с гидростатическими опорами (мод.16К20ВФ1), и, как следствие, более высогай уровень яапейных я угловых смешений шпиндельного узла. На основе экспериментальных исследований обоснована необходимость в применении эффективного охлаждения рабочей жидкости'в станке с гидростатическими подшипниками.

На станке 1бБ16Т1с коническими роликоподшипниками в шпиндельной узле и жидкой смазкой исследовали влияние нагреЕа корпуса шпиндельной бабки "а" шпинделя на изменение статической жесткости шпиндельного узла и его собственных частот. Установили,-что в течение первых ■получаса работы станка местность шпиндельного узла возрастала примерно на 40/?, затем жесткость несколько снижалась, но оставалась выше номинального- значения примерно на 25$. В пооледуюпие чао. полгора наблюдалось новое повышение жесткости шпиндельного узла. Исследования показали также изменение собственных частот шпиндельного узла.

В станках с наклонной станиной,-встраиваемых в ГАП (мод.17201ЖЮ), исследовали нестационарные температурные поля и температурные-смещения оси шпинделя с целью выявления резерйов по точности и быстроходности. Исследования показали, что температурные смешения оси шпинделя относительно инструмента при частоте врашения шпинделя .1500 ми!1 составляли около 50 мкм в вертикальной плоскости, около 20 мкм в горизонтальной, .перекосы оси шпинделя достигали примерно 13 и 7 мкм/м соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Исследования показали необходимость снижения температурных"деформаций путем изоляции кронштейна от редуктора, снижения тепловыделения в редукторе и в шпиндельных опорах, помещения на ведущий вал ременной передачи-крыльчатки для вытяжки нагретого воздуха, отвода горячего воздуха от электродвигателя главного движения за кожух станины.

Измерение температуры воздуха в ограниченном объеме внутри шпиндельной бабки проводили на стенде со шпиндельной бабкой станка мод.1720ПФБ0. Измеряли также перепад температур между поверхностью корпуса' и наружными кольцами шпиндельных подшипников. Исследования, проведенные на стенде} показали, чго высокое качество.подшипников .(радиально-упорные шарикоподшипники, фирмы "£ИРЯ'). правильный их монтаж, строгая дозировка пластичной смазки позволяют достичь частот

вращения 3500^4000 мин-*, при этом избыточная температура на корпусе 'Займи не превышала 1РР0. в то громя пои в оорпйтлс о таи как при чаи..— тоте вращения 1500 мин"1 избыточная температура на корпусе бабки была на 60% выше.

Пятая г л .а в а содержит результаты расчетного анализа нестационарных температурных процеосов в станках'.

Расчётный анализ нестационарного теплового ообтояния станков имел целью:

- апробацию и проверку адекватности разработанных моделей расчета;

- сравнительную оценку нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами а опорами качения;

- выявление влияния температурных деформаций корпусных деталей на температурные смешения оси шпинделя;

- определение степени влияния тепловыделения в элементах гидросистемы и гидростатических опорах на температурное поле шпиндельной бабки;

- оценку влияния температурных деформаций шпиндельного.узла на его жесткость и вибрации.

На рис.2 показаны результаты сравнительной оценки нестационарных температурных смешений оси шпинделя (линейных и угловых) для ставков с гидростатическими опорами (мод.16К20ВФ1) и опорами качения (мод.Г6К20). Показано, что уровенй температурных деформаций станков с гидростатическими опорами Ьыше на 20+25? в вертикальной плоскости, на 35+40^ в горизонтальной.

Расчётное исследование высокоокоростной шпиндельной бабка яа гидростатических опорах (спроектированной в отд. Я 34 ЭШМЗа")-позволило выявить отепень влияния тепловыделения в гидросистеме на теьь пературы нагрева шпиндельной бабки. Она составила от 50 до Т)% при частоте врашания шпинделя 1000 мия"1 и достигла почти 53% при частоте врааення 5000 мин-1.

Апробацию предложенных моделей расчета проводили на разных станках при этом варьировали частоту вращения шпинделя, типы гидростанций. количество маола в гидробаке, количество масла, прокачиваемого через опоры. Раэнаца по температуре не превышала 9+12$, .что свидетель ствует об адекватности предложенных моделей нестационарного теплообмена в станках с гидростатическими опорами и опорами Качения о жидкой оыазкой.

Баланс температурных деформаций корпусных деталей," составленный для отанков с наклонной станиной (ыод.Г720ПЖЮ), показал: температур-10

Ду.нкч т

15 50 25

• *

/Л

/ // /А, '//

¡¡.у

0 10 & 40 \0 $0 Кчле. а)

ДХжн 15

^г— - ----—

О 4,0 2,0 3,0 . Ьр 5,0Т,члс б)

150 100 50 О -50 -100

/

// у

V 1 \\ ч р 2 ,0 г а \

)

X I—4

В)

•100

-50

Рис.2. Температурные смещения оси шпинделя, линейные (а,б) и угловые (в,г) станков 16К20ВФ1 (I) и 16К20'(2*

___ _эксперимент; _ расчет

ные смешения оси шпинделя, вызванные деформациями станины, составляют

И КП*Я5£'ппптт»Р'1УГРраирп -р ■ррртинптгт.ппй и плрпзпптатп.ипП ттпр-'

костях, деформациями кронштейна - 40+45$ в вертикальной плоскости, 45+50$ в горизонтальной. Сушественное влияние температурных деформаций базовых деталей на смешение оси шпинделя выявлено и на станках 16К20ВФ1 (16К20) - доля деформаций станины достигала почти 60$.

Проведенные исследования позволили предложить мероприятия по снижению температурных деформаций станков и оценить их эффективность. Так, для станков мод. 1720ПФ30 наиболее эффективным представляется экранирование редуктора, оно позволило бы снизить теКшературные смешения оси шпинделя на 55*60$.

Исследования показали сушественное влияние ограниченного объещ воздуха на температурное поле шпинделя и корпуса бабки. Показано хорошее соответствие экспериментальных и расчетных данных по распределению температур по толщине осесимметричного узла.

Экспериментальные и расчетные данные позволили установить, что при разогреве шпиндельного узла на конических роликоподшипниках происходит изменение его жесткости и вибраций. Причем изменение жесткости носит немонотонный характер.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Разработана методика автоматизированного расчета нестационарных температурных процессов в станках с гидростатическими опорами и опорами качений с жидкой смазкой, позволяющая определять температурные смешения оси шпинделя, вызванные температурными деформациями узлов станка, входящих в размерйую'цепь.

. .2. Предложены модели нестационарного теплообмена с окружавшей средой при наличии ограниченных объемов воздуха в станке и при наличии жидкой смазки в опорах шпиндельного узла. Коэффициенты теплоотдачи, теплофизические свойства смазки и окружающей среды рассматриваются как функции температуры и времени.

3. Разработаны кокечноэлементные тепловые модели гидростатических опор шпинделей и круговых незамкнутых направляющих, учтены конструктивные особенности наиболее распространенных в настоящее .время высокоскоростных гидростатических подшипников.

4..Разработаны математические модели нестационарных тепловых про цессов в станках с гидростатическими узлами с учетом тепловыделения в опорах и направляющих, в элементах,"гидросистемы и приводах. В предложенных моделях учтен теплообмен между деталями станка, теплоббмен с рабочей жидкостью и с окружающей средой, 12

5. Разработаны основные принципы построения и организации сложных автоматизированных систем, реализующих расчеты на базе МКЭ. С учетом особенностей реализации МКЭ и на основе -разработанных принципов модернизировано и расширено ПШ и разработано две версии подсистемы температурных расчетов на ЕС ЭШ в операционной среде Л1/£> и на РС

в среде

6. Проведены сравнительные расчетные и экспериментальные исследования универсальных токарных станков со шпиндельными узлами на подшипниках качения, и на гидростатических подшипниках. Показано, что стайкя с гидростатическими опорами имеют более высокий уровень температур и температурных деформаций. Температурные смешения оси шпинделя в станках с гидростатическими опорами выше на 20-25$ в вертикальной плоскости, на 35-40$ в горизонтальной. Показана целесообразность перехода в шпиндельном узле от подшипников качения к гидростатическим только при наличии эффективной системы охлаждения рабочей жидкости.

7. На основе исследования нестационарного теплового состояния высокоскоростной шпиндельной бабки на гидростатических опорах определен вклад тепловыделения в гидросистеме в неустановившиеся температуры нагрева шпинделя и корпуса шпиндельной бабки. ПоказаДо, что он зависит от типа гидросистемы, является функцией Бремени и частоты вращения шпинделя.

8. Исследованы нестационарные тепловые процессы в ориентированных на работу в ГАП станках со шпиндельным узлом на опорах качения и с наклонной станиной. Составлен баланс температурных деформаций корпусных деталей и Еыявлена его зависимость от частоты вращения шпинделя и времени работы.

9. Выявлены резервы в повышении точностных показателей станков с наклонной станиной (мод.1720П5С0) за счет экранирования (полного или частичного) или вывода за пределы станка основных источников теплоты: редуктора, электродвигателя главного движения, гидростанции для вспомогательных перемещений. Оценена эффективность предложенных мероприятий: вынесение или полное экранирование электродвигателя главного. движения снизит температурные смешения оси шпинделя на 15-20$, экранирование редуктора - на 55-60$.

Вынесение за пределы станка гидростанции снизит температурные смещения оси шияделя незначительно, всего на Б+4$.

10. На основе расчетного и экспериментального исследования шпиндельной бабки со шпиндельным узлом на конических роликоподшипниках выявлено влияние нагрева шпиндельного узла и корпуса бабки на статическую жесткость и собственные частоты шпиндельного узла. Изменение

жесткости во времени носит немонотонный характер. Увеличение жесткости иЬиЬдейЬНоГй 7ВЛЙ пдаиохидц'Г Б чнчинны нижних иилучаиа уабти-

станка, затем жесткость снижается, первая собственная частота при этом в первые полчаса возрастает примерно на 105?.

11. Проведена идентификация экспериментальных и расчетных данных. Апробованы разработанные математические модели и ШЛО. Показано хорошее соответствие экспериментальных и расчетных данных.

12. Результаты работы использованы при разработке и модернизация конструкций станков завода "Красный пролетарий", ПО "Московский станкостроительный завод".

Печатные работы автора ло теме диссертации:

1. О е г и д а А.П., Шаталова МЛ. Автоматизированные расчеты и исследование температурных- полей и температурных деформаций шпиадельных узлов токарных полуавтоматов с ЧШ// Перспективы создания автоматизированных гибких производственных систем: Тезисы докладов научно-техн. семинара: Сб.- М.: ЭНИМЗ, 1984.-С.22-24.

2. Разработка алгоритма и программ температурных полей и температурных деформаций шпиндельного узла с гидростатическими опорами: Отчет/ЭНИМС.- .'4 1Р 01.86.0 130638, научн.руковод. темы Левина З.М".-М.. 1985. - 57 с.

3. Экспериментальное исследование температурных полей и температурных деформаций токарных станков: Отчет/ЭНИМЗ.- & ГР 01.86.0 130637'. научн.руковод. темы Левина З.М. - М.. 1986.гЮЗс.

4. Шаталова М.М. Моделирование температурных полай и температурных деформаций станков со шпиндельными узлами па гидростатических подшипниках//Динамика и адаптация технологических систем машиностроения: Тезисы докладов научно-техн. семинара: Сб.-Тольятти: Тольяттинский политехнический институт, 1986. -С.86-87;

5. Шаталова М.М. Исследование температурных полей и деформаций станков, входящих в ГП!//Проблемы создания гибких автоматизированных систем на предприятиях отрасли: Тезисы докладов научно-техн. семинара. -Ленинград: Судостроение, 1986. - С.81.

6. Шаталова М.М. Интерактивное построение .расчетных схем сложных объектов для теплового расчёта с применением метода-конечных элементов//Проблемы создания программного обеспечения комплексной автоматизации: Тезисы докладов научно-техн .семинара: Сб.-Калинин:; Центропрограымсистем, 1987.-С.71-73.