Количественная оценка свойства металлорежущего станка сопротивляться термическим воздействиям

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Количественная оценка свойства металлорежущего станка сопротивляться термическим воздействиям

Современный уровень станкостроения характеризуется высоким уровнем энерговооружённости. Этот факт приводит к определённому влиянию термических потерь на работоспособность конструкции. Особенно это характерно для станков с числовым програмнным управлением. Термические воздействия приводят к изменению точности станка, приводят к изменению производительности процесса обработки через изменение жёсткости конструкции, воздействуя на состояние несущей системы станка. Несмотря на многочисленные работы, проводимые в направлении оценки действия теплоты на точность конструкции, а также на методы измерения количественного действия теплоты на точность станка, требования к точности производимых деталей постоянного ужесточаются, что требует совершенствование методов исследования термических процессов в станкостроении [1].

Современный уровень проектирования требует оценки качества конструкции выраженный в количественных значениях. Существующая система знаний представляет станкостроителям методы оценки качества разрабатываемых конструкций на качественном уровне. Существующая система знаний предлагает оценивать степень термических воздействия на поведение конструкции методами, которые из-за неопределённости результатов измерения, затруднительны в применении в практике станкостроения. Этот факт препятствует совершенствованию конструкции станка в отношении термических воздействий. Для того чтобы иметь возможность сравнивать качество разных конструкций, технологии их производства и сборки, требуется иметь единицу измерения свойства конструкции сопротивляться термическим действиям.

Цель данной работы состоит в том, чтобы предложить станкостроителям, конструкторам и технологам, возможный способ измерения данного свойства в количественном выражении.

Существующие способы оценка свойства станка

В существующей системе знаний свойство конструкции сопротивляться термическим воздействиям определяют, как зависимость изменения геометрической точности станка от параметров термических показателей. Это параметры, определяющие положение базы станка под инструмент относительно базы под заготовку. Количественная оценка этих параметров определяют в линейно-угловых единицах. В качестве источников термических воздействия на конструкцию используют различные параметры, зависящие от термических процессов. Это температура конструкции, это частота вращения шпинделя и т.д. [2,3,4]. Используемые параметры представляют собой распределённые параметры. То обстоятельство что для оценки используют распределённые параметры как в пространстве, так и во времени, создаёт широкие неопределённости в оценке параметров исследуемого свойства. Так, например, для однозначности оценки при использовании температуры приходится определять на конструкции точку, температура которой однозначно определяет термическое состояние конструкции. В существующей системе знаний по термическим явлениям в станках не обнаружено таких устойчивых методик, которые обеспечивают удовлетворительно свёртывание информации о температуре конструкции в одну точка. Аналогично можно говорить и относительно такого параметра как частота вращения шпинделя.

Успешное продвижение в данном направлении возможно, однако для этого требуется разработка методов свёртывания информации, что придаст однозначность в решении оценки свойства. Данное направление успешно проявляется при качественной оценке свойства исследуемого станка.

Измерительное преобразование

В рассматриваемой проблеме существует иной подход к оценке количественного значения данного свойства. Параметры свойства станка подобного плана скрыты от внешнего наблюдателя т.к. формируется внутренней структурой конструкции. В этом случае для оценки количественного значения таких свойства станка применяют измерительное преобразование [5]. Процедура измерительного преобразования состоит в том, что конструкция подвергается внешним термическим воздействиям известной величины и одновременно оценивается реакция конструкции на эти действия. Количественное выражение этого свойства определяют как отношение реакции, к величине термического воздействия. Для того чтобы воспользоваться измерительный преобразованием при оценке количественного значения исследуемого свойства, требуется иметь как реакцию, так и воздействие в виде сосредоточенных параметров как в пространстве, так и во времени. В данном случае при оценке свойства станка в качестве реакции конструкции используют выходные параметры в виде геометрической точности конструкции. Это положение баз станка относительно друг друга. Такими параметрами являются пять координат по степеням свободы несущей системе станка. Это линейные по трём осям координат перемещение базы под инструмент относительно базы под заготовку, и две угловые координаты, определяющие угловые положения баз. Данные параметры при действие термических возмущений изменяют свои количественные значения.

Во время рабочего процесса существует такой показатель как величина потребляемой электрической энергии на входе станка. Количественное значение потреблённой энергии конструкциией станкаво время рабочего процесса является, во-первых, индивидуальной величиной данного образца станка. Она характеризует качество не только производства и сборки станка, но и качество конструкции. Что определяет работу трения в механизмах станка от чего изменяется термическое состояние конструкции. И во-вторых является параметром, сосредоточенным в пространстве, а именно на входе электричества в несущую систему станка. Эти свойства данного параметра могут быть использованы в измерительном преобразовании. Однако потребляемая мощность характеризует скорость процесса потребления электроэнергии. Для однозначности потребуется ограничить время исследований. Следующее условие состоит в том, что конструкция универсального станка имеет широкий диапазон режимов эксплуатации. Для сокращения времени исследования требуется иметь определённый закон воспроизводства режимов за время исследований.

Выполнение указанных требований может обеспечить закон воспроизводства теплового режима станка при проведении оценки количественного значения свойства, состоящего из чередования работы шпинделя станка на частотах вращения в процентах от максимальной частоты шпинделя. После проведения воспроизводства данного закона требуется определить значение величины перемещения базы инструмента относительно базы под заготовку. Так же оценить количество потреблённой энергии за время исследований. Последовательность действий требуется следующая. Сначала работа станка каждые 15 минут с попеременной частотой шпинделя 25, 100, 75, 25 единиц в процентном соотношении от максимальной частоты, затем обеспечение перерыва работы шпинделя в течение 10 минут, далее обеспечение следующего цикла с попеременной частотой шпинделя 25, 50, 25, 50, 75, 25 единиц в процентном соотношении от максимума, затем обеспечение перерыва работы шпинделя в течение 10 минут, далее обеспечение завершающего цикла с попеременной частотой шпинделя 25, 50, 75, 100, 25, 50 единиц в процентном соотношении от максимальной частоты [6].

Данное предложение не только определяет закон воспроизводства термического действия, но и определяет продолжительность исследования. Причём перерывы в работе проявляются как характеристика свойств конструкции. Количественное значение свойства сопротивления конструкции действию термических процессов состоит в нахождении отношения величины перемещения базы инструмента относительно базы заготовки к величине потребленный энергии.

В качестве апробации данного предложения было исследование свойство (Ш) конструкции консольно-фрезерного станка мод. 676П по трём линейным координатам OX (Ш'), OY (Ш»), OZ (Ш»»). В данном случае количественное значение исследуемого свойства, определяющее термические свойства конструкции, получило следующие значения при действии двухчасовой работы станка на холостом ходу. По осям соответственно Ш' = 51,40; Ш» = 0,93; Ш»`= 42,06 (мкм/кВт*ч). В дополнении к этим значениям, в силу того, что на фрезерных станках нет явного предпочтения в точности станка по определённому направлению, было сформировано суммарное значение. В данном случае это геометрическая сумма по трём координатным осям. Станок 676П имеет количественное значение в этом случае 66,5 мкм/кВт*ч.

Обсуждение результатов

ССЗ в своём составе имеет определённый арсенал подходов к оценке свойства конструкции станка формировать сопротивление термическим воздействиям по параметрам точности станка. Из-за того, что возникают трудности со свёртыванием информации в качестве аргумента в оценке количественного значения свойства возникают существенные неопределенности. Такие оценки используют для качественной оценки, но в современном станкостроении требуется количественная оценка свойств конструкции.

В предлагаемом подходе удаётся решить возникшую проблемную ситуацию. Возникает возможность оценивать уровень свойства конкретной конструкции по разным направлениям движения баз во время рабочего процесса. Из этого следует что единицей измерения свойства конструкции сопротивляться действию термических возмущений может является величина е, значение отношения величины перемещения баз станка относительно друг друга в размере одного мкм отнесённое к величине потреблённой энергии в 1кВт энергии за время действия в один час. Единица измерения свойства сопротивляться термических воздействий есть е =1 ств.

Физически эта величина показывает на сколько микрометров перемещается база станка в данном направлении при потреблении одного кВт *часа электрической энергии из сети за один час исследования.

В этом случае величина свойства станка сопротивляться действию термических воздействия составляет Ш= 33,25 е.

Выводы:

1. Предлагаемая единица измерения свойства станка сопротивления термическим воздействиям формирует возможность количественной оценки не только свойства станка по разным направлениям точности, но позволяет оценивать величину свойства производства и сборки станков данной модели;

2. Наличие возможности оценивать в количественном выражении свойства конструкции создаёт условия для стандартизации этого свойства;

3. Измерительное устройство для измерения указанного свойства основано на базе существующих средств, производимых промышленностью. Измерительное средство состоит из совмещения следующих составляющих. Это средства линейно-угловых измерений, средства для измерения потребляемой электрической мощности и хронометра;

4. Методика измерения количественного значения свойства проста в применении и не требует специальной подготовки персонала. Применима в подразделения как при проведении исследовательских работ, так и в производственных условиях.

5. Наличие единицы оценки количественного значения свойства сопротивления термическим воздействиям создаёт основу для разработки шкалы количественного значения свойства.

Литература

станок шпиндель металлорежущий

1. Юркевич В.В. Тепловые процессы в токарном станке мод. МК-3002 [Текст]/В.В. Юркевич // Вестник машиностроения. - 2000. - №1. - 46-49 с.

2. Jungnickel G. Warmeubertragung durch freie Konvektion an Maschinenbauteilen. Maschintnbautechnik. /1979/ vol.28/ N.72/ pp. 568-573]

3. Поляков А.Н., Дьяконов П.И. Исследование теплового состояния станков с помощью нейронных сетей. /СТИН, 2006, С 10-13.

4. Jacob K. Beurteilungskriterien fur das termische Verhalten von Werkzeugmaschinen. Maschinenbautechnik. 1981. v. 30. №12. P. 540-544]

5. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.; Энергия, 1968. - 248 с.

6. Международный стандарт ISO 230-3, вторая редакция от15.08.2007. Инструкция по испытаниям металлорежущих станков. Часть 3. Определение тепловых воздействий.

Размещено на Allbest.ru