Введение к работе
Актуальность, Современное станкостроение характеризуется созданием мощных, высокоскоростных станков и станочных комплексов большой производительности, что неизбежно сопровождается существенным увеличением на рабочих местах уровней вибрации и шума, повышенный уровень которых вызывает вибрационную болезнь, потерю слуха, расстройства нервной системы работающих.
Наряду с этим шум - важнейший комплексный показатель качества оборудования, а в ряде случаев и технического совершенства машины, поскольку в нем отражаются погрешности изготовления деталей.
В связи с этим борьба с вибрациями и шумом является одной из важнейших научно-технических и социально-экономических проблем. Главной причиной, тормозящей разработку и внедрение рекомендаций по уменьшению виброакустической активности металлорежущего обору-довшиїя, является недостаточность или отсутствие данных по акустическому расчету и проектированию металлорежущего оборудования. К сожалению, до настоящего времени работы по сішжению пгума и вибрации проводятся на уже существующем оборудовании. Станки проектируют, изготавливают и только при их эксплуатации выясняется, что оборудование не удовлетворяет требованиям по,"уму. Доводка акустических характеристик станков до нормы осуществляется с помощью ряда конструктивных доработок. Однако достигнуть положительных результатов в снижении шума не всегда удается, так как возможности снижения шума и вибрации готовой машины ограничены.
Резервы решения проблемы шума имеются, и искать их следует в акустических расчетах при проектировании металлорежущих станков. Конструкторы до сих пор не имеют простых и надежных методов расчета ожидаемых уровней шума на стадии проектирования и акустических критериях оптимизации узлов и сганкз в целом.
Цель работы - решение важной научно-технической проблемы, имеющей большое народнохозяйственное значение и заключающейся в создании теоретических основ виброакусгаческих методов расчета металлорежущих станков, обеспечивающих прогнозирование шумовых характеристик отдельных узлов и станков в целом на стадии проектирования, а также выбор способов доведения их до нормативных величин.
-
Физические принципы формирования звукового поля металлорежущего станка при обработке резанием.
-
Акустические модели отдельных узлов, обрабатываемых деталей и
станка в целом при воздействии технологических нагрузок; станок в нелом представляется системой некогерентных широкополосных ис-
-
Методику инженерного расчета акустических характеристик металлорежущего оборудования на стадии проектирования.
-
Результаты экспериментальных исследований вибршкустических характеристик металлорежущих станков при различных видах обработки.
-
Способы снижения шума, возбуждаемого процессом резания.
-
Методы отбора и виброизоляции отдельных элементов кинематики станков по параметрам точности изготовления.
-
Конструкции корпусных деталей с повышенной демпфирующей способностью и металлоемкостью, определяемой по критерию минимума вибрации на основных излучающих поверхностях.
Научная новизна заключается в создании научных основ.акустического расчета металлорежущего оборудования на стадии проектирования.
Б работе применен системный подход к изучению акустического . излучения станка как совокупности нёкогерентных широкополосных источников шума, на основе чего сформулированы физические вринцины формирования звукового поля станка с учетом особенностей обработки резанием; впервые разработана теоретическая модель акустической системы металлорежущего станка при воздействии технологических нагрузок и предложена методология оценки виброакустических характеристик металлорежущего станка на стадии проектирования, позволяющая1 ощенить вклад отдельных узлов и деталей в акустическую активность станка» в целом и выбрать способы доведения уровней шума до нормативных величин.
Практическая ценность. Предложена методика инженерного расчета акустических характеристик отдельных узлов и металлорежущих станков в целом. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение расчета звукового излучения корпусных и базовых деталей станков, обрабатываемых деталей и инструмента в широком диапазоне технологических нагрузок. Это позволяет на стадии проектирования станков определить основные источники, формирующие ззуковое поле станка в соответствующих частотных интервалах, и выбрать способы доведения акустических характеристик до нормы.
Кроме этого разработаны способы увеличения диссипативных характеристик корпусных и базовых деталей ив первую очередь корпусов шпиндельных бабок; проектирования оптимальных конструкций корпусных деталей по критерию минимума вибранії!t да'основных .излучаюишх
поверхностях; снижения шума непосредственно от процесса резания.
Реализация в промышлешюстн. Основные результаты работы внедрены на Новочеркасском станкрстроитедьнем заводе (НСЗ) и АО "Ростсельмаш".
На НСЗ внедрены: методика расчета шумовых характеристик редукторов и коробок подач, на основе которой разработан способ отбора подшипников по допустимым уровням вибрации на наружных кольцах исходя из норм шума на станок; методика расчета шума механизма поддержки прутка с повышенной частотой вращения, на основе которой разработан способ демпфирования участков больших диамсіров пружины с корпусом и малых с прутком; методика расчета шумовых характеристик шпиндельных бабок, в результате которой разработаю* алгоритмы и программы оптимизации корпусов шпиндельных бабок станков мод.1Д325П и 1325Ф30 по критерию минимума вибрации на основных излучающих пластинах при сохранении технологических баз, кругихьной и изгибной жесткости.
На АО "Ростсельмаш" внедрею*: мероприятия но увеличстно звукоизолирующей способности кожухов станков мод.16К20 с ЧПУ.и способы снижения шума при растачивании отверстий деталей.
Общий экономический эффект от внед|>ения составляет 2,610 млн. рублей (в ценах 1992 года).
Огдельные фрагменты выполненной работы используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам "Теория и расчет металлорежущих станков", "Математическое моделирование станочных и инструментальных систем", "САПР станков" студентам специальностей 12.01 и 12.02, обучающимся вДГТУ,
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: всесоюзної! научно-технической конференции "Эксплуатационная надежность машин, роботов и модулей гибких производственных систем",' г. Свердловск, 1987; всесоюзном научном совещании но проблемам -улучшения виброакустических характеристик машин, г. Звенигород, 1988 г.; XI Всесоюзной акустической конференции, г. Москва, 1991 г.; Российской научно-практической конференции "Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования'и гибких производственных1 систем", г. Хабаровск, 1992 г.; научно-технической конференции "Типовые механизмы н технологическая оснастка станков-автоматов, станков с 41 ГУ и ГПС", г. Киев, 1992 г.; семинаре "Борыза и шумом и звуковой вибрацией", г. Москва, 1993 г., а также ежегодных научно-технических конфе-
ренциях ДІТУ в 1977-1994 гг.
В полном объеме работа докладывалась на объединенном заседании кафедр факультета "Технология машиностроения" ДГТУ в 1995 году.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 53 печатных работы и получено авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работьь Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 145 наименований, имеет 73 рисунка и 31 таблицу, четыре приложения и изложена на 315 страницах машинописного текста. В приложения вынесены программы расчета акустических характеристик подсистем станка, а также документы, подтверждающие внедрение результатов научно-исследовательских рабо-7.
