Введение к работе
Актуальность работы. При проектировании, эксплуатации и модернизации металлорежущего оборудования возникает необходимость повышения их точностных характеристик. Особенно это актуально применительно к координатно-расточным станкам (КРС). Эти станки имеют различные компоновочные решения (мод. 2458АФ1, 2459АФ1, 2А459АМФ4, 24Л40СФ4 и др.) и широко используются в оборонной промышленности и в машиностроительном производстве в целом. На этих станках проводится высокоточная обработка заготовок различной массы, габаритов, в том числе в крайних положениях подвижных узлов – стойки, стола, шпиндельной бабки и т.д. Однако, силовые деформации технологических систем, приводят к существенному снижению точности металлорежущего оборудования и требуют разработки специальных методов обеспечения его точности. Поэтому, исследования, направленные на повышение точности существующего металлорежущего оборудования, является весьма актуальной задачей современного производства.
Известны традиционные методы повышения точности, сводящиеся к увеличению жесткости несущих систем станков, выбору рациональной конструкции базовых деталей, повышению качества сборки и доводки узлов, подбору смазочных материалов и так далее. Они практически достигли определенного предельного уровня влияния на точность металлорежущего оборудования. Дальнейшие шаги в этом направлении приводят к существенному удорожанию стоимости станков.
Одним из наиболее перспективных путей дальнейшего повышения точности станков является оснащение их специальными системами автоматического управления и регулирования. Их в свою очередь можно разделить на два самостоятельных направления:
– автоматическое управление элементами упругих систем металлорежущих станков, то есть адаптацию их несущих систем к изменяющимся условиям функционирования;
– автоматическое управление процессом механической обработки за счет изменения режимов резания.
В настоящей работе разрабатывается метод повышения точности горизонтальных координатно-расточных станков в рамках первого направления. Известны в нашей стране и за рубежом системы автоматического управления положением корпусных деталей, в частности станин, относительно фундамента. Однако управление положением самих обрабатываемых корпусных заготовок относительно зеркала стола, что рассматривается в данной работе, является новым направлением повышения точности станков. Это особенно важно при выполнении ряда технологических операций, таких как растачивание глубоких отверстий.
Цель работы – повышение точности технологических систем горизонтальных координатно-расточных станков методом стабилизации положения базовых деталей и осей растачиваемых отверстий обрабатываемых корпусных заготовок и шпиндельных узлов.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на методах классической механики, линейной алгебры, теории вероятности и математической статистики. Вопросы анализа и синтеза систем управления решались методами дифференциального и интегрального исчислений, операторным и частотным методами, численными методами. Исследования объектов и систем управления проводились экспериментальными методами.
Научная новизна.
1. Выявлены и проанализированы закономерности динамики технологической системы с гидродомкратом горизонтального координатно-расточного станка и относительных колебаний инструмента и заготовки, позволяющие целенаправленно воздействовать на конструктивные параметры гидродомкрата, обеспечивающие повышение точности анализированной технологической системы.
2. Разработан комплексный численно-аналитический метод описания влияния силовых деформаций станины станка на его точность на основе метода конечных элементов.
3. Разработана математическая модель корпусной заготовки с гидродомкратом как объект управления, необходимая для синтеза высококачественного регулятора автоматической системы регулирования.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований, получены инженерные методики расчета обеспечения точности горизонтальных координатно-расточных станков, что позволяет на этапе проектирования создавать современное прецизионное металлорежущее оборудование, учитывая при этом влияние стыков, общих деформаций несущих систем, а также рациональное размещение штатных опор.
Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:
– в виде комплекса инженерных методик расчета точности прецизионных горизонтальных координатно-расточных станков (Федеральное государственное унитарное предприятие “Научно конструкторско-технологическом бюро ПАРСЕК”, г. Тольятти);
– в виде рекомендаций и методики проведения вычислительных и натурных экспериментов повышения точности горизонтальных координатно-расточных станков (Самарский государственный технический университет);
– в виде технической реализации системы автоматической стабилизации осей растачиваемых отверстий и шпиндельного узла прецизионных станков (Опытное производство Федерального государственного унитарного предприятия “Научно конструкторско-технологическом бюро ПАРСЕК”, г. Тольятти).
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции ”Высокие технологии в машиностроении”. (Самара, 2002), на Всероссийской научно-практической конференции “Современные технологии в машиностроении” (Пенза, 2003), на Международной научно-технической конференции “Высокие технологии в машиностроении” (Самара, 2004), на Всероссийской научно-техническая конференции “Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении” (Тольятти, 2005) и на Международной научно-технической конференции ”Автоматизация технологических процессов и производственный контроль” (Тольятти, 2006).
В полном объеме работа докладывалась на заседаниях кафедр “Автоматизированные станочные комплексы” СамГТУ (г. Самара) и “Автоматизация технологических процессов и производств” ТГУ (г. Тольятти).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 из них в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 публикаций в трудах и материалах международных, всероссийских научно-технических конференций, 2 патента РФ на изобретения.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Математическая модель станины горизонтального координатно-расточного станка, разработанная на основе метода конечных элементов.
-
Математическая модель корпусной заготовки с гидродомкратом как объект управления, необходимая для синтеза высококачественного регулятора автоматической системы регулирования.
-
Динамическая модель технологической системы с гидродомкратом горизонтального координатно-расточного станка и результаты исследований влияния уровня относительных колебаний инструмента и заготовки.
-
Техническая реализация системы автоматической стабилизации осей растачиваемых отверстий и шпиндельного узла станка.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, изложенных на 151 странице машинописного текста, списка используемых источников 163 наименований. Содержит 49 рисунков и 7 таблиц. Общий объем работы 168 страниц сквозной нумерации.
