Совершенствование методов кинематического расчета привода главного движения металлорежущих станков по критерию минимизации погрешности ряда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Рудиков, Дмитрий Алексеевич

• Рудиков, Дмитрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рудиков, Дмитрий Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ.

1.1. Особенности нормирования точности обработки ступенчато- 10 регулируемого привода отраслевым стандартом.

1.2. Анализ литературных источников и исследований, выпол- 14 ненных ранее.

1.3. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ПОСТОЯННАЯ ЧАСТЬ СТУПЕНЧАТОРЕГУЛИРУЕМО- 23 ГО ПРИВОДА, ЕЕ РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ.

2.1. Состав и функции постоянного звена в математических мо- 24 делях множительной структуры.

2.2. Составляющие погрешности постоянной части.

2.2.1. Элементы постоянной составляющей.

2.2.2. Составляющие постоянной части, компенсирующие 35 среднее отклонение погрешности передаточных отношений и округления.

2.2.3. Составляющие погрешности определяемые скольжени- 37 ем в электродвигателе и ременной передаче.

2.2.4. Общая постоянная составляющая погрешности в мно- 40 жительной структуре с известными числами зубьев.

2.2.5. Средние величины составляющих на ступенях с экс- 42 тремальной погрешностью.

2.3. Определение передаточного отношения и чисел зубьев по- 46 стоянной пары.

2.3.1. Методология определения чисел зубьев постоянной 46 пары в ступенчаторегулируемом приводе главного движения металлорежущих станков.

2.3.2. Определение частоты на входе множительной части 50 структуры.

2.3.3. Определение скольжения и частоты электродвигателя

2.3.4. Определение чисел зубьев постоянной передачи.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Натурный измерительный эксперимент на приводе главного 68 движения горизонтально-фрезерного станка.

3.1.1. Кинематика привода.

3.1.2. Используемая аппаратура.

3.1.3. Методика измерения частоты электродвигателя на вхо- 72 де и мощности холостого хода.

3.2. Результаты измерения частот и погрешности привода.

3.2.1. Баланс погрешности и его виды.

3.2.2. Точностные характеристики заводского варианта.

3.2.3. Анализ баланса погрешности.

3.2.4. Частоты вращения электродвигателя и шпинделя.

3.2.5. Мощность, потребляемая из сети приводным электро- 86 двигателем.

3.2.6. Зависимость скольжения в электродвигателе от часто- 88 ты вращения шпинделя.

3.3. Численное экспериментирование.

3.3.1. Корректировка чисел зубьев постоянной передачи.

3.3.2. Повышение точности ступенчаторегулируемого при- 96 вода подбором комбинаций чисел зубьев с меньшей погрешностью передаточных отношений.

3.3.3. Допустимость использования средних величин общей 103 погрешности, определенной суммированием.

3.3.4. Достоверность формул о поле и среднем для погрешности множительной структуры в целом.

3.3.5. Скольжение в асинхронном приводном электродвига- 109 теле.

ГЛАВА 4. вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ.

4.1. Прецизионный экспресс-расчет постоянной передачи.

4.2. Методика кинематического расчета множительной структуры 122 с использованием электронных таблиц.

4.3. Целесообразность и возможности создания 36-ступенчатых 127 структур.

4.4. Трансформация традиционного привода горизонтально- 129 фрезерного станка в 36-ступенчатый добавлением одной зубчатой пары.

4.5. Нормальная 36-ступенчатая структура из множительных 136 групп с минимальной погрешностью.

4.6. Проектный кинематический расчет 36-ступенчатой коробки 140 скоростей с использованием таблиц чисел зубьев для множительных структур.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов кинематического расчета привода главного движения металлорежущих станков по критерию минимизации погрешности ряда»

Актуальность темы:

Все многообразие организационно-экономических и технологических условий использования металлорежущих станков и станочных систем у потребителей сводится к четырем обобщающим показателям, инвариантным для любого производства: производительность, точность, переналаживае-мость (технологический диапазон использования) и надежность.

Эффективность современных металлорежущих станков и станочных систем, при их высокой стоимости, может быть обеспечена только в условиях интенсивной эксплуатации при максимальной точности. Как известно станки проектируют с запасом точности, учитывающим неизбежную ее потерю при эксплуатации и ужесточении требований к точности станков [68].

Проблема повышения точности реализации режимов резания, при настройке коробками передач весьма актуальна в настоящее время и, особенно, в условиях стремительного совершенствования техники, повышения мощности, быстроходности и точности машин, аппаратов, приборов, их надежности, что в свою очередь требует опережающего повышения точности металлорежущих станков.

Для множительной части имеются рекомендации и пособия [33] позволяющие подобрать достаточно точные комбинации чисел зубьев в множительных группах, обеспечивающие поле рассеивания итоговой погрешности значительно меньше норматива. А вот распределение поля относительно нулевой линии (равенство положительных и отрицательных отклонений) обеспечить трудно, так как для этого необходимо знать и (или) достоверно рассчитать мощность холостого хода и скольжение в электродвигателе, иметь надежную методику для расчета передаточных отношений и чисел зубьев постоянной пары.

Точность ряда частот вращения, реализуемого приводом со ступенчатым регулированием, является важным показателем качества станка, строго ограничиваемым отраслевым стандартом.

В соответствии с отраслевым стандартом погрешность частоты враще

Nr-N, / \ ния W = —---100% не должна выходить за пределы W = ±[<р-1у 10%

Nst

Такое строгое ограничение погрешности обусловлено тем, что отклонение режимов от расчетных значений, ведет при завышении режима к резкому снижению стойкости инструмента, и увеличению затрат на переналадку и переточку инструмента, а занижение режимов ведет к потери производительности и повышению затрат на изготовление детали.

Потери, связанные с неточной установкой расчетных режимов резания, тем меньше, чем меньше используемый знаменатель ряда (ф).

Общая погрешность частоты вращения на выходе множительной структуры зависит от многих факторов: 1) от скольжения в используемом электродвигателе; 2) от погрешности постоянных звеньев кинематической цепи; 3) от погрешности передаточных отношений множительной части; 4) от погрешности округления.

Компенсационные методы кинематического расчета позволяют подбирать числа зубьев коробки передач так, чтобы погрешность передаточных отношений компенсировалась погрешностью округления.

Погрешность электродвигателя учитывается отраслевым стандартом, в виде расширения поля допуска до 5% при номинальной нагрузке асинхронного электродвигателя.

Таким образом, с помощью существующих нормативных стандартов, пособий и рекомендаций невозможно решить ни одну из сформулированных задач:

- сокращение трудоемкости и повышение качества расчета ступенчато-регулируемого привода;

- увеличение точности установки оптимальных режимов резания;

- повышение точности и надежности привода главного движения.

Поэтому проблема создания универсальных методов прецизионного расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена, является актуальной.

Научная новизна:

1. Выявлены место, роль и значение постоянного звена в множительной структуре и формировании ее погрешности.

2. Установлено, что в формировании общей погрешности участвуют три составляющие, отличающиеся источником, ролью, механизмом возникновения и возможностями воздействия на суммарную погрешность. Подготовлены предложения по усовершенствованию отраслевого стандарта ОСТ 2 HI 1-1-82.

3. Создан комплекс зависимостей для описания, оценки и анализа процесса образования погрешности в множительной структуре, а также в ее постоянной, неварьируемой части.

Практическая ценность:

- Разработана методика и программно-аппаратный комплекс для расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена, позволяющие на ранних стадиях расчета с высокой точностью определить частоту на входе множительной части и структуры в целом и выполнить требования отраслевого стандарта по допустимой точности.

- Возможность практического использования множительных структур с большим числом ступеней (36 и более) и малым знаменателем ряда (ф = 1Д2) и погрешностью реализации ряда до ±1%.

Реализация работы:

Результаты работы внедрены в СКБ AJI и МС (г. Краснодар) и при выполнении лабораторных и практических работ, в курсовом и дипломном проектировании ДГТУ.

На защиту выносятся:

- Комплекс зависимостей для описания, оценки и анализа процесса образования погрешности в множительной структуре и, главным образом, в ее постоянной, неварьируемой части.

- Результаты исследования функции постоянного звена и факторов, оказывающих влияние на величину его передаточного отношения и точность привода.

- Методика прецизионного расчета передаточного отношения и конструктивных параметров постоянного звена в множительной структуре.

- Результаты применения новых методов кинематического расчета при модернизации и совершенствовании привода главного движения на примере гаммы фрезерных станков.

- Предложения по усовершенствованию отраслевого стандарта.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы докладывались:

- на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Донского государственного технического университета (2002-2005 гг.);

- на ежегодных международных научно-практических конференциях и семинарах в ближнем зарубежье (г. Киев, 2002-2004 г.г.);

- на международной конференции «Актуальные проблемы конструк-торско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (г. Волгоград, 2003 г.);

- на международной научно-технической конференции посвященной 75-летию Донского государственного технического университета «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» (г. Ростов-на-Дону, 2005 г.).

Публикации:

Результаты диссертационных исследований опубликованы в 36 печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 93 наименований и приложений, изложена на 161 странице машинописного текста, имеет 8 иллюстраций и 27 таблиц и 4 приложения.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Рудиков, Дмитрий Алексеевич

8. Результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании в Донском государственном техническом университете, при проведении практических занятий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рудиков, Дмитрий Алексеевич, 2006 год

1. Айзенштат Л.И. Приборы для измерения равномерности поступательного и вращательного движения. М.: НИИМаш. 1982-30 С.

2. Алиев Т.А. Экспериментальный анализ. М.: Машиностроение, 1991.

3. Андреев Г.И. Электроприводы главного движения металлообрабатывающих станков с ЧПУ. М.: Машиностроение 1980.

4. Андрушевич Ю.М., Цлаф М.Я., Авдеев И.А., Жук С.Ф. Проектирование приводов и расчет деталей станков. Куйбышев: Авиационный институт, 1980.-113С.

5. Ачеркан Н.С. Аналитический метод разработки структурных сеток Гермара //Станки и инструмент, №11,1936.

6. Ачеркан Н.С. Металлорежущие станки. М.: Машиностроение, 1965. т2. -628С.

7. Ачеркан Н.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. Ленинград: ОНТИ. НКТП, 1937.

8. Ачеркан Н.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. Машгиз, 1949.

9. Большая советская энциклопедия. Т.30 /Гл. Ред. Прохоров A.M. М.:Советская энциклопедия. 1978-632С.

10. Воробьев В.Я., Елсунов А.Н. Теория и эксперимент. Минск. Вы-шейшая школа. 1989-111С.

11. Воронов A.JL, Гребенкин И.А. Коробки передач металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1964 г. 136 С.

12. Вереина Л.И. Подбор сменных зубчатых колес в кинематических цепях зуборезных станков с помощью ЭВМ. /Станки и инструмент №4,1989.

13. Гадолин А.В. Записки Русского технического общества и свод привилегий. №4, 1876. С. 285-294.

14. Гермар Р. Стандартные числа оборотов в передачах. М.: Стандартно, 1936.-С. 16-20.

15. ГОСТ 8032-84. Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел (ограничение ГОСТ 8032-56*).

16. Д. Носитер Excel для Windows 95. М.: БИНОМ. 400 С.

17. Заверняев Б.Г. Кинематические основы автоматизированного проектирования коробок передач: Текст лекций/ ДГТУ. Ростов-на-Дону, 1990. -ЗЗС.

18. Заверняев Б.Г. Таблицы и методы для кинематического расчета коробок передач с малым знаменателем ряда. Ростов н/Д: ЛаПО, 2001. - 222 С.

19. Заверняев Б.Г., Курис Э.В. Кинематический расчет на ЭВМ 12-ступенчатой коробки передач //«Надежность станочных и инструментальных систем»: Межвуз. сб. /РИСХМ, Ростов н/Д, 1991. С. 122-129.

20. Заверняев Б.Г., Курис Э.В. Таблицы универсальные для подбора чисел зубьев в коробках передач и рекомендации по их использованию. Учеб. пособие /ДГТУ. Ростов н/Д, 1993.

21. Заверняев Б.Г., Курис Э.В. Табличные методы расчета коробок передач с числом ступеней до 18. //«Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем»: Сб. науч. тр. /ДГТУ, Ростов н/Д, 1994. С.53-61.

22. Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Попов Р.В. Концептуальные основы и научная база для новых методов кинематического расчета коробок передач./ Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем. Сб. науч. тр./ ДГТУ. Ростов-на-Дону, 1997. С.62-66.

23. Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Попов Р.В. Методы кинематического расчета коробок передач с малым знаменателем ряда: Текст лекций /ДГТУ. Ростов-на-Дону. 1995. 80С.

24. Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Попов Р.В. Показатели качества и недостатки целостепенного метода кинематического расчета коробок передач, /надежность и эффективность станочных и инструментальных систем. Сб. науч. тр./ ДГТУ. Ростов-на-Дону, 1997. с56-59.

25. Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Попов Р.В. Пути повышения точности установки режимов обработки при настройке с помощью коробок передач. /Проектирование технологических машин. вып.З. Сб. науч. тр./ Москва. МГТУ «СТАНКИН», 1996. С.22-24.

26. Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Щеглов М.В. Новые методы кинематического расчета коробок передач к металлорежущим станкам. Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении: Материалы Междунар. конф. 26-27 окт. Киев, 2000.

27. Заверняев Б.Г., Попов Р.В. Определение с гарантированной точностью чисел зубьев в коробках передач. Метод. указ./РИСХМ Ростов-на-Дону 1988.75С.

28. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А. Двухсвязанная 18 ступенчатая структура с нормальными некорригированными шестернями. Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 4-й Междунар. науч. - техн. конф., г. Ялта, 25-27 мая - Киев, 2004

29. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А. Нормальная 36-ступенчатая структура из множительных групп с минимальной погрешностью. Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 3-й междунар. науч.-техн. конф., г. Ялта, 27-29 мая Киев, 2003.

30. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А. Нормирование точности привода металлорежущих станков. Используемые понятия и зависимости. Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: Материалы 3-й Междунар. на-уч.-практ. конф., г. Ялта, 23-26 сент. Киев, 2003.

31. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А. Синтез структур с двухсвязанными множительными группами. Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 4-й Междунар. науч. техн. конф., г. Ялта, 25-27 мая - Киев, 2004.

32. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А. Целесообразность и возможности создания 36-ступенчатых множительных структур. Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 3-й междунар. науч.-техн. конф., г. Ялта, 2729 мая-Киев, 2003.

33. Заверняев Б.Г., Рудиков Д.А., Рыжкин А.А. Элементы постоянной составляющей погрешности в множительной структуре. Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: Материалы Н-й междунар. науч.-практ. конф., 23-27 сент., г. Ялта. г. Киев, 2002.

34. Заверняев Б.Г., Щеглов М.В. Погрешность постоянной части множительной структуры. Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машино- и приборостроении. Материалы Междунар. конф., 2122 авг. Киев, 2001.

35. Измерение в промышленности. Справ, изд./Под ред. П.Профоса; Пер. с нем./М.: Металлургия 1980-648С.

36. Костенко М.П., Пиотровский JI.M. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2. Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. JI., «Энергия», 1973.

37. Кочергин А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Минск: Вышейш. шк, 1991.

38. Курис Э.В. Обзор методов кинематического расчета коробок передач //Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем. Сб. науч. тр. /ДГТУ, Ростов н/Д, 1997.

39. Курис Э.В., Заверняев Б.Г., Попов Р.В. Экспериментальное исследование точности серийных приводов главного движения.//Сб. научи, тр. "Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем". Изд-во ДГТУ, 1997 С. 59-62.

40. Кучер И.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета. М.: Машиностроение, 1964.

41. Левашов А.В. Основы расчета точности кинематических цепей металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1966.

42. Левит Г.А. Методика экспериментального определения потерь мощности на трение в приводах металлорежущих станков. М.: ЭНИМС 1952-60С.

43. Левит Г.А. Расчет потерь на трение в приводах главного вращательного движения металлорежущих станков. М.: ЭНИМС 1956-72С.

44. Маеров А.Г. Устройство, основы конструирования и расчет металлообрабатывающих станков и автоматических линий. М.: Мшиностроение, 1986.

45. Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах. Том 1V-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающие оборудование. М.: Машиностроение. 1999г.

46. Металлорежущие станки. /Колев Н.С., Красниченко А.В., Никулин Н.С. и др./ М.: Машиностроение, 1980. 500С.

47. Металлорежущие станки. /Под ред. Пуша В.Э./ М.: Машиностроение 1986. 575С.

48. Металлорежущие станки. /Тепинкичиев В.К., Красниченко А.В., Тихонов А.А., Колев Н.С. М.: Машиностроение, 1972.

49. Металлорежущие станки 1992-1993гг. 4.1. Универсальные станки. Номенкл. кат./ ЭНИМС М.:ВНИИТЭМР. 1992. - 152С.

50. Мироненко А.В. Фотоэлектрические системы. М.: Энергия. 1976360С.

51. ОСТ 2 Н 11-1-72. Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел. (Ограничение ГОСТ 8032-56*).

52. Паньков В.Д. Электроприводы для металлорежущих станков и промышленных роботов зарубежных фирм. М.: ВНИИТЭРМ, 1991. 135С.

53. Петрик М.И., Шишков В.А. Таблицы для подбора зубчатых колеС. М.: Машиностроение, 1973.

54. Пратусевич P.M., Литвак А.С. Автоматизированный расчет энергетических потерь в приводах главного движения металлорежущих станков. СТИН№5 1986г.С.21-23.

55. Преобразователь угловых перемещений BE-178А, фотоэлектрический. /Техническое описание и инструкция по эксплуатации BE 178А.00.01.ТОВЕ.

56. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. Т1. /Проников А.С., Аверьянов О.И. и др. М.: Машиностроение, 1994. 444С.

57. Проников А.С. Расчет и конструирование металлорежущих станков. М.: Высшая школа., 1962.

58. Птицын С.В., Чесов Ю.С. Параметрическая оптимизация качества станочного оборудования. СТИН, 2002, №6. С. 19-23.

59. Пуш В.Э. Металлорежущие станки. М: Машиностроение. 1986г.

60. Рыжкин А.А., Заверняев Б.Г., Курис Э.В., Попов Р.В. Пакет программ и базы данных для кинематического расчета коробок передач // «Кон-структорско-технологическая информатика»; Тр. Междунар. конгресса.Москва, 1996. С. 119-120.

61. Сандаков М.В. Таблицы для подбора шестерен: Справочник М.: Машиностроение, 1982.

62. Свирщевский Ю.И., Макейчик Н.Н. Расчет и конструирование коробок скоростей и подач. Минск: Вышейшая школа, 1976.

63. Словарь иностранных слов. М.: Русский язык, 1989-620С.

64. Советский энциклопедический словарь. М.: «Советская энциклопедия» 1983.

65. Справочник технолога-машиностроителя т1. /Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. М.: Машиностроение, 1985. 495С.

66. Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1980.

67. Федотенок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1970.

68. Шапочка П.К. Определение чисел зубьев колес групповых передач с помощью программируемых калькуляторов /Станки и инструмент, №12, 1988.

69. Экономическое обоснование области применения металлорежущих станков с программным управлением /Кубланов В.Л., Маковецкая И.А. и др. М.: Машиностроение, 1987, 152С.

70. Юркевич В.В. Стратегия определения выходных параметров металлорежущих станков. Машиностроитель, 2002. №12. С.16-20.

71. Bennedik К. Ueber Theorie und Bestimmung der Zahnezahlen in Getrie-ben mit geometrisch abgestuften Drehzahlen, Zcitschrift des Vereines deutscher Ingeniere 1930. T.74 c. 1057-1060.

72. Germar R. Die Getriebe fur Normdrehzahlen. Werkstattstechnik (und Werksleiter) 1932. c.12-14.