Підвищення точності шпиндельних вузлів на регульованих гідростатичних опорах

Abstract

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення точності обертання шпинделя на основі розробки нових конструкцій шпиндельних гідростатичних опор регульованого типу та встановлення їх раціональних конструктивних та експлуатаційних параметрів. Для досягнення поставленої мети розв’язувалися наступні задачі: - аналіз методів і засобів підвищення точності ШВ з ГСО; - розробка математичної моделі , що враховує вплив конструктивних параметрів, похибок форми, температурних деформацій опорних поверхон ь підшипника, випадковий характер експлуатаційних параметрів ГСО та технологічних навантажень на точність траєкторії руху шпинделя на ГСО - встановлення закономірностей формування геометричної точності верстата за показником точності траєкторій переміщення шпинделя на ГСО залежно від технологічних навантажень, експлуатаційних параметрів ГСО, похибок форми та температурних деформацій опорних поверхонь ГСО; - експериментальні дослідження закономірностей формування точності верстата за показником точності форми з разків виробів залежно від експлуатаційних параметрів шпиндельних ГСО та технологічних навантажень; - встановлення взаємозв’язку статистичних характеристик траєкторій руху шпинделя та контурів оброблених поверхонь зразків виробів; - розробка методики та практи чних рекомендацій з використання раціональних експлуатаційних та конструктивних параметрів ГСО регульованого типу на прецизійних верстатах токарної групи; - розробка спеціальних конструкцій регульованих гідростатичних опор, які забезпечують підвищення точнос ті та швидкохідності ШВ - розробка технологічних засобів підвищення точності регульованих гідростатичних підшипників з пружними елементами корпусу Об’єкт дослідження - процес формування точності шпиндельного вузла з ГСО під дією змінного навантаження в технологічній системі. Предмет дослідження - показники точності шпиндельного вузла з ГСО регульованого типу. Методи дослідження. Методи теорії ймовірностей, диференційного числення, спектрального аналізу використовувались для дослідження показників точності ШВ; фундаментальні положення гідродинамічної теорії мащення, метод планування експерименту, статистичні методи, методи гармонічного та спектрального аналізу застосовувалися для аналізу впливу експлуатаційних параметрів ГСО та технологічних навантажень на показники точності ШВ; експериментальні методи досліджень, на основі яких встановлювалася адекватність розроблених математичних моделей; метод морфологічного аналізу для пошуку нових технічних рішень при розробці нових конструкцій шпиндельних ГСО регульованого типу. Наукова новизна одержаних результатів: - набув подальшого розвитку програмний метод дослідження металорізальних верстатів в частині оцінки точності ШВ шляхом встановлення взаємозв’язку статистичних характеристик траєкторій руху шпинделя та геометричних відхилень форми оброблених поверхонь зразків-виробів; - вперше розроблена математична модель траєкторій руху шпинделя на ГСО, що дозволяє підвищити точність визначення положення шпинделя шляхом одночасного врахування впливу конструктивних параметрів, геометричних відхилень форми, температурних деформацій спряжених поверхонь підшипника, випадкових і детермінованих технологічних навантажень та експлуатаційних параметрів ГСО; - встановлено закономірності формування геометричної точності токарного верстата з регульованими ГСО шпинделя за показниками точності траєкторій переміщення шпинделя та точністю геометричної форми зразків-виробів залежно від тиску, температури мастила в шпиндельних ГСО, режимів різання, статичного дисбалансу обертових елементів ШВ; - отримала подальшого розвитку залежність для опису функції радіального зазору в ГСО, в якій одночасно з похибками форми враховано температурні зміщення опорних поверхонь підшипника. Практичне значення одержаних результатів: - з метою підвищення показників точності обробки на токарних верстатах розроблено алгоритм, методику та програмне забезпечення для вибору раціональних експлуатаційних та конструктивних параметрів регульованих ГСО шпинделя, які можуть бути використані при проектуванні широкої номенклатури технологічних машин з опорними гідростатичними вузлами; - запропоновано практичні рекомендації з вибору раціональних режимів різання та експлуатаційних параметрів шпиндельних ГСО при чистовій токарній обробці конструктивно неврівноважених заготовок; - розроблені новітні схемні рішення конструкцій регульованих ГСО, що дозволяють підвищити точність та швидкохідність шпиндельного вузла шляхом забезпечення стабільної величини товщини мастильного шару між спряженими опорними поверхнями та зниження втрат потужності на в’язке тертя і нагнітання рідини; - запропоновано технологічні засоби підвищення точності виконавчих поверхонь регульованих ГСО, які забезпечують зниження впливу технологічної спадковості на величину радіального зазору між спряженими поверхнями підшипника. Результати наукових досліджень у вигляді нових конструкцій, методик проектного розрахунку регульованих ГСО впроваджено у виробництво на ТОВ «Екоспецпостач», ТОВ „Український кардан” (м. Чернігів), та навчальний процес Чернігівського національного технологічного університету. Особистий внесок здобувача. Всі основні положення та наукові Всі основні положення та наукові результати, які виносяться на захист дисертаційної роботи отримані результати, які виносяться на захист дисертаційної роботи отримані здобувачем самостійно. Постаздобувачем самостійно. Постановка мети, задач дослідження, відпрацювання новка мети, задач дослідження, відпрацювання структури роботи виконані разом з науковим керівником. Конструкції ГСО структури роботи виконані разом з науковим керівником. Конструкції ГСО розроблені та деякі результати експериментальних досліджень отримані розроблені та деякі результати експериментальних досліджень отримані спільно з науковим керівником та співавторами публікацій.спільно з науковим керівником та співавторами публікацій. Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на наступних науково-технічних конференціях: „Комплексне забезпечення якості технологічних процесів та систем” (м. Чернігів, 2011 р., 2012 р., 2013р.); «Промислова гідравліка і пневматика” (м. Донецьк, 2011 р., м. Чернігів, 2012 р., м. Одеса, 2013 р.); „Прогресивні напрямки розвитку технологічних комплексів” (м. Луцьк, 2012 р.), „Гідроаеромеханіка в інженерній практиці” (м. Черкаси, 2012 р., м. Київ, 2013 р.); „Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта» (м. Севастополь, 2013 р.).