Формирование объемной податливости металлорежущих станков

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Д.т.н., проф. Денисенко Александр Федорович, аспирант Степанова

Екатерина Юрьевна

Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия

Формирование объемной податливости металлорежущих станков

объемная податливость металлорежущий станок

На основе системного подхода и анализа процессов формирования рассматривается объемная податливость в рабочем пространстве металлорежущего станка.

В прецизионных станках, особенно предназначенных для обработки корпусных деталей, большое значение имеет оценка податливости станка в рабочем пространстве в связи с ее существенным влиянием на точность обработки и непосредственным отношением к выбору конструкции всех основных узлов, способу их соединения, выбору материала и т.п.

Объемная податливость является наиболее сложным фактором, обуславливающим объемную точность станка, так как вызванные ею погрешности обработки определяются не только законами изменения податливости, но и режимами и силами резания, весом обрабатываемых деталей, колебаниями механических свойств материала заготовки, неравномерностью припуска.

При оценке объемной податливости металлорежущий станок можно рассматривать как систему, состоящую из множества элементов, заданным образом занимающих друг относительно друга пространственное положение, часть из которых может осуществлять относительные движения.

Таким образом, характер объемной податливости станка во многом определяются его компоновкой. В работе [1] предложен единый обобщенный показатель оценки жесткости, учитывающий все характерные особенности несущей системы. Поскольку для каждой компоновки важно знать, как изменяется податливость несущей системы в направлении координатных осей и при переходе от одной оси к другой в пределах рабочего пространства станка, авторами было предложено учитывать эти изменения характеристикой , где - средняя общая податливость несущей системы, определенная по трем координатным направлениям; - коэффициент, характеризующий изменения податливости в станке.

Одним из наиболее эффективных и достаточно общим методом разработки расчетных моделей для определения параметров объемной податливости является метод координатных систем с деформирующимися связями, предложенный Б.М.Базровым [2].

Принципиальная особенность этого метода состоит в представлении станка как совокупности определенным образом построенных на его элементах координатных систем с наложенными на них связями, обусловленными функциональным назначением и другими факторами, определяющими положение в пространстве и во времени координатных систем.

В работах В.Т.Портмана [3,4] метод координатных систем с деформирующимися связями получил дальнейшее развитие путем использования аппарата бесконечно малых линейных преобразований.

Однако, получение адекватной математической модели на основе результатов исследований Б.М.Базрова и В.Т.Портмана возможно только при максимальном учете особенностей расчета податливостей внутренних и внешних связей каждой подсистемы станка.

Рис. 1. Формирование объемной податливости станка

Как показал анализ опубликованных исследований объемной податливости одним из главных недостатков применяемых методов оценки объемной податливости станков является рассмотрение ее без анализа процессов формирования. Такой подход не создает основы для прогнозирования и не учитывает тот факт, что объемная податливость - конечный результат ряда последовательных этапов: проектирование, изготовление элементов, узлов и механизмов, сборка и регулировка (рис.1).

Анализ формирования объемной податливости удобно осуществлять на основании достижений системного подхода, так как станочные комплексы обладают основными свойствами систем, такими как целостность и членимость, а также наличием устойчивых связей между подсистемами (элементами) или (и) их свойствами.

На основании такого подхода станочную систему можно представить в виде иерархической структуры, состоящей из нескольких подсистем разного уровня (рис.2).

Особенностью несущей системы являются массивные корпусные детали, которые имеют большую площадь стыков и соединены со значительным предварительным натягом.

Привод главного движения характеризуется большим числом быстровращающихся элементов и значительным числом подвижных соединений.

Рис.2. Иерархическая структура станочной системы

Конструкция привода подач предусматривает наличие как кинематических цепей, обеспечивающих требуемые режимы работы, так и массивных подвижных элементов (суппорт, каретка, стол, ползушка и т.п.).

При необходимости каждая из указанных подсистем может быть представлена в виде ряда подсистем второго уровня. Так, например, в подсистеме привода подач целесообразно выделить следующие подсистемы: подсистема узла ходового винта и подсистема рабочего органа.

Так как передача винт-гайка качения служит для преобразования вращательного движения в поступательное, в результате чего узел ходового винта представляет крутильно-поступательную систему, то целесообразно выделить две подсистемы второго уровня: поступательную и крутильную.

Особенностью поступательной подсистемы является наличие в ней большого числа плоских высокоточных соединений, собранных с предварительным натягом, и разветвление силовых потоков, связанное с наличием двух опор ходового винта.

Вычленение из общей станочной системы подсистемы рабочего органа обосновано особенностью работы подвижных соединений в виде направляющих, отличающихся большим многообразием конструкций, компоновок и условий трения.

Таким образом, объемная податливость станка складывается из пространственных приведенных податливостей несущей системы станка , подсистем привода главного движения и приводов подач:

или с учетом подсистем нижнего уровня

,

где - приведенная податливость подсистемы узла ходового винта;

- приведенная податливость подсистемы рабочего органа.

На основании того, что объединение разрозненных элементов в единый станок осуществляется через связи различного вида, реализуемые через соединения, в качестве последней иерархической ступени в структуре станочной системы следует использовать соединение (рис.2).

С учетом функционального назначения можно выделить следующие виды соединений элементов металлорежущего станка: неподвижные соединения; условно-неподвижные соединения; простые и сложные подвижные соединения.

Таким образом, рассматривая характеристики взаимодействия элементов, объединенных в единую систему с помощью указанных выше видов соединений, можно прогнозировать жесткостные характеристики подсистем станка и объемную податливость всего станка.

Библиографический список

1. Евстигнеев В.Н., Левина З.М. Оценка компоновок многоцелевых станков по критерию жесткости // Станки и инструмент. 1984г., №11. С.6-8.

2. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ.- М.: Машиностроение, 1984. - 256с.

3. Портман В.Т. Универсальный метод расчета точности механических устройств // Вестник машиностроения. 1981г., №4. С.12-16.

4. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков.- М.: Машиностроение, 1986. - 336с.

Размещено на Allbest.ru