Підвищення навантажувальної здатності силових вузлів блочного типу для агрегатних верстатів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кіровоградський державний технічний університет

УДК 621.9.06-112

Підвищення навантажувальної здатності силових вузлів блочного типу для агрегатних верстатів

Спеціальність 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кириченко Андрій Миколайович

Кіровоград 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Металорізальні верстати та системи" Кіровоградського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 5 ” жовтня 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 у Кіровоградському державному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

Автореферат розісланий “4 ” вересня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Каліч В.М.

платформа проектування навантажувальний

Анотація

Кириченко А.М. Підвищення навантажувальної здатності силових вузлів блочного типу для агрегатних верстатів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - “Процеси механічної обробки, верстати та інструменти”. Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2001 р.

Дисертація присвячена підвищенню навантажувальної здатності силових вузлів блочного типу шляхом уведення до схеми навантаження рухомої платформи силового столу додаткової сили, спрямованої на компенсацію осьової рівнодіючої технологічного навантаження. Теоретичними дослідженнями на основі розробленої математичної моделі функціонування напрямних рухомої платформи та експериментальними дослідженнями на стенді оригінальної конструкції підтверджено, що силовий вузол блочного типу з раціональними геометрично-силовими параметрами удосконаленої схеми навантаження рухомої платформи силового столу має підвищену навантажувальну здатність до 2 разів при одночасному зниженні похибок положення рухомої платформи до 3 разів та зменшенні питомих тисків у стиках її напрямних до 3 разів. Результати досліджень покладено в основу методики проектування і розроблених конструкцій силових вузлів блочного типу, захищених патентами України.

Ключові слова: агрегатний верстат, силовий вузол блочного типу, силовий стіл, рухома платформа, схема навантаження, навантажувальна здатність, точність, питомі тиски.

The summary

Andriy Kirichenko. The rise of load-carrying capability of modular power units of transfer machines. - Manuscript.

Thesis on getting a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.03.01 - “Processes of machining, machines and tools”. The Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 2001.

The thesis deals with rise of load-carrying capability of modular-type power units of transfer machines by adding to loading scheme of feed slide unit movable platform a force directed to equilibrate the axial component of technological load. It has been proved by theoretical investigation based upon the mathematical model of feed slide unit movable platform and experimental research with the original test bench that the new design of modular power unit with rational geometrical and force parameters of movable platform loading scheme has load-carrying capability increased up to 2 times, movable platform position error decreased up to 3 times and unit pressure on the guides junction decreased up to 3 times. The research results were assumed as a basis of design methods and constructions of modular-type power units patented in Ukraine.

Key words: transfer machine, modular-type power unit, feed slide unit, loading scheme, movable platform, load-carrying capability, accuracy, unit pressure.

Аннотация

Кириченко А.Н. Повышение нагрузочной способности силовых узлов блочного типа для агрегатных станков. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - “Процессы механической обработки, станки и инструменты”. Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2001 г.

Диссертация посвящена повышению нагрузочной способности силовых узлов блочного типа путем введения в схему нагружения подвижной платформы силового стола дополнительной силы, направленной на компенсацию осевой равнодействующей технологической нагрузки.

Анализ выполненных исследований показал, что проблема повышения выходных характеристик силовых узлов блочного типа для агрегатных станков изучена недостаточно полно. Традиционные пути увеличения нагрузочной способности силовых узлов блочного типа требуют повышения габарита силового стола, что влечет за собой возрастание массогабаритных показателей и стоимости силовых узлов.

Разработана математическая модель функционирования направляющих подвижной платформы силового стола, исследование которой позволило установить факторы, ограничивающие нагрузочную способность и точность положения подвижной платформы силового узла блочного типа. Установлено, что определяющее влияние на выходные характеристики силового узла осуществляет схема нагружения подвижной платформы силового стола. Нагрузочная способность силового узла блочного типа ограничивается возрастанием удельных давлений, контактных деформаций и сил трения в направляющих подвижной платформы силового стола, вызванным несоосным расположением осевой равнодействующей технологической нагрузки относительно силы подачи.

Предложена конструкция силового узла блочного типа с усовершенствованной схемой нагружения подвижной платформы силового стола, которая характеризуется наличием дополнительной силы, направленной на компенсацию осевой равнодействующей технологической нагрузки, и позволяет расположить результирующую силу подачи силового узла над подвижной платформой силового стола в области действия осевой составляющей технологической нагрузки.

Теоретическим исследованием установлено, что усовершенствованная схема нагружения подвижной платформы силового стола позволяет повысить нагрузочную способность силового узла блочного типа новой конструкции без увеличения удельных давлений, сил трения в стыках направляющих и погрешностей положения подвижной платформы.

Условием рационального функционирования схемы нагружения подвижной платформы силового стола, которая выбирается по критериям максимальной нагрузочной способности и точности положения подвижной платформы и минимальных удельных давлений в стыках направляющих, является соосное размещение результирующей силы подачи силового узла по отношению к осевой составляющей технологической нагрузки. Разработаны и теоретически обоснованы рациональные соотношения геометрически-силовых параметров схемы нагружения, устанавливающие необходимую величину и координаты приложения дополнительной силы, обеспечивающие повышение нагрузочной способности силового узла новой конструкции. Наиболее эффективной является конструкция силового узла блочного типа с регулируемыми координатами и величиной дополнительной силы, нагрузочная способность которой ограничивается только мощностью приводов подачи и дополнительной силы.

Экспериментальные исследования, проведенные при помощи разработанного стенда оригинальной конструкции, подтвердили правильность теоретически установленных рациональных соотношений параметров схемы нагружения подвижной платформы силового стола. Нагрузочная способность силового узла блочного типа новой конструкции с усовершенствованной схемой нагружения подвижной платформы увеличивается в 2 раза при одновременном уменьшении приведенных погрешностей положения подвижной платформы до 3 раз и снижении удельных давлений в стыках направляющих до 3 раз.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований положены в основу методики проектирования высокоэффективных силовых узлов блочного типа, внедренной в ОАО "Харьковское СКБ АС". Разработанные конструкции силовых узлов повышенной нагрузочной способности для многопозиционной и многоинструментальной обработки защищены патентами Украины и приняты к внедрению в ОАО "Харьковское СКБ АС", ОАО "Харьковский завод агрегатных станков", ЗАО "Харьковское ОКБА "Химавтоматика"; предполагаемый экономический эффект от внедрения составляет 5783 грн. на один агрегатный станок.

Ключевые слова: агрегатный станок, силовой узел блочного типа, силовой стол, подвижная платформа, схема нагружения, нагрузочная способность, точность, удельные давления.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним із провідних напрямків у сучасному верстатобудуванні є створення верстатів на основі принципу агрегатування, що дозволяє у порівняно короткі строки компонувати високоефективне обладнання, яке забезпечує необхідну продуктивність та гнучкість виробництва.

Силові вузли блочного типу (СВБТ) на основі силових столів з шпиндельними бабками та револьверними головками широко використовуються при компоновці агрегатних верстатів, продуктивність яких визначається навантажувальною здатністю силових вузлів. Традиційні шляхи збільшення навантажувальної здатності СВБТ пов'язані із збільшенням їх масогабаритних показників і вартості, що зумовлює актуальність проблеми розробки прогресивних методів підвищення навантажувальної здатності СВБТ на основі силових столів для агрегатних верстатів.

Зв'язок роботи з науковими програмами та темами. Робота виконувалась у відповідності до тематики науково-дослідних робіт кафедри “Металорізальні верстати та системи” Кіровоградського державного технічного університету на 1997-2000 р. та державної цільової програми №062 “Програма виробництва технологічних комплексів машин та обладнання для агропромислового комплексу” на 1998-2005 рр. (постанови Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 р. №403 та від 11 квітня 2001 р. №350).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення навантажувальної здатності силових вузлів блочного типу шляхом уведення до схеми навантаження рухомої платформи силового столу додаткової сили, спрямованої на компенсацію осьової рівнодіючої технологічного навантаження.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішено такі задачі:

- розробка математичної моделі функціонування напрямних рухомої платформи силового столу;

- встановлення факторів, що обмежують навантажувальну здатність СВБТ традиційної конструкції;

- розробка і теоретичне дослідження СВБТ нової конструкції з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу;

- обґрунтування раціональних геометрично-силових параметрів удосконаленої схеми навантаження рухомої платформи силового столу;

- експериментальне дослідження СВБТ традиційної і нової конструкцій;

- розробка методики проектування високоефективних СВБТ.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження є силовий вузол блочного типу для агрегатних верстатів. Предметом дослідження є обґрунтування раціональних геометрично-силових параметрів схеми навантаження рухомої платформи силового столу.

Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження, розробка практичних рекомендацій проводилися на основі положень теорії різання, теоретичної механіки, теорії контактної жорсткості машин, засобів математичного моделювання на ПЕОМ та методів статистичної обробки експериментальних даних. Експериментальні дослідження проводилися за допомогою сучасної вимірювальної апаратури.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблено удосконалену схему навантаження рухомої платформи силового столу, яка відрізняється наявністю додаткової сили, спрямованої на ком-пенсацію осьової рівнодіючої технологічного навантаження, і дозволяє управляти положенням результуючої сили подачі силового вузла блочного типу;

- вперше теоретично обґрунтовані раціональні співвідношення геометрично-силових параметрів удосконаленої схеми навантаження рухомої платформи силового столу, що забезпечують підвищення навантажувальної здатності силового вузла блочного типу без зростання питомих тисків, контактних деформацій і сил тертя в стиках напрямних.

Практичне значення одержаних результатів:

- створена математична модель, яка дозволяє на етапі проектування оцінити навантажувальну здатність СВБТ, похибки положення і питомі тиски в напрямних рухомої платформи силового столу;

- розроблена методика експериментальних досліджень та стенд оригінальної конструкції для визначення навантажувальної здатності СВБТ і точності положення рухомої платформи силового столу;

- запропонована методика проектування високоефективних СВБТ з раціональними геометрично-силовими параметрами схеми навантаження рухомої платформи силового столу;

- розроблені нові технічні рішення СВБТ на рівні винаходів, які мають підвищену навантажувальну здатність і точність у порівнянні з традиційними конструкціями.

Результати виконаних досліджень знайшли застосування на підприємствах верстатобудівної та машинобудівної промисловості, зокрема у ВАТ “Харківське спеціальне конструкторське бюро агрегатних верстатів”, ВАТ “Харківський завод агрегатних верстатів”, ЗАТ “Харківське дослідно-конструкторське бюро автоматики “Хімавтоматика”, а також у процесі підготовки фахівців спеціальності 8.090203 “Металорізальні верстати та системи” в Кіровоградському державному технічному університеті при викладанні предметів “Агрегатно-модульні системи верстатних комплексів”, “Верстати з ЧПУ” та “Математичне моделювання верстатів”.

Особистий внесок здобувача:

- розроблена математична модель функціонування напрямних рухомої платформи силового столу;

- встановлено вплив схеми навантаження рухомої платформи на навантажувальну здатність СВБТ;

- визначені раціональні геометрично-силові параметри схеми навантаження рухомої платформи силового столу;

- розроблена конструкція стенду та проведене експериментальне дослідження СВБТ з традиційною та удосконаленою схемами навантаження рухомої платформи силового столу;

- розроблена методика проектування СВБТ для агрегатних верстатів.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів та співробітників Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування (м. Кіровоград, 1997-1998 рр.), Кіровоградського державного технічного університету (1999-2001 рр.), міжнародній конференції “Високоефективні технології в машинобудуванні” (м. Харків, 28-30 жовтня 1998 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування і техносфера на рубежі ХХІ сторіччя” (м. Севастополь, 13-18 вересня 1999 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Процеси механічної обробки, верстати та інструмент” (м. Житомир, 30 вересня - 2 жовтня 1999 р.).

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 11 наукових працях, до яких входять 6 статей у наукових фахових виданнях України, 2 публікації матеріалів і тез доповідей на наукових конференціях, а також 2 патенти України на винахід.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який налічує 176 найменувань, і 10 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 197 сторінок, в тому числі 44 рисунка, 2 таблиці і додатки на 34 сторінках.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі досліджень.

Перший розділ присвячено проблемі підвищення навантажувальної здатності силових вузлів агрегатних верстатів. Проведено аналіз відомих конструкцій СВБТ для компоновки агрегатних верстатів та основних напрямків їх розвитку, розглянуті дослідження з питань підвищення ефективності силових вузлів.

Традиційна конструкція СВБТ і схема навантаження рухомої платформи силового столу осьовою рівнодіючою технологічного навантаження у випадку обробки отворів свердлінням зображена на рис. 1. До багатошпиндельної коробки 1 револьверної головки 2, встановленої на рухомій платформі 3 силового столу, прикладена осьова рівнодіюча Ро технологічного навантаження з координатами хРо, уРо. Привод головного руху здійснюється від електродвигуна 4, встановленого на револьверній головці 2. Сила Ро і сили тертя в напрямних рухомої платформи (на схемі не показані) сприймаються силою подачі Рп , яка створюється приводом подачі 5 і розміщена з координатою уРп. Традиційна схема навантаження характеризується неспіввісним розташуванням осьової рівнодіючої технологічного навантаження Ро по відношенню до сили подачі Рп.

Продуктивність агрегатного верстата обмежується навантажувальною здатністю силових вузлів, а точність обробки значною мірою визначається точністю та жорсткістю силових вузлів, які формуються в основному за рахунок контактних деформацій в спряженнях напрямних виконавчого органу приводу подачі. Ефективність силових вузлів блочного типу для агрегатних верстатів обмежується необхідністю збільшення типорозміру силового столу для підвищення навантажувальної здатності силового вузла та зменшенням навантажувальної здатності і точності положення рухомої платформи силового столу із збільшенням висоти прикладення технологічного навантаження над напрямними.

Одним з перспективних напрямків підвищення ефективності силових вузлів агрегатних верстатів є вибір раціональної схеми навантаження виконавчого органу приводу подачі. Дослідження показали, що силові головки пінольного типу з раціональною схемою навантаження пінолі мають підвищену продуктивність і точність обробки у порівнянні з традиційними. Спираючись на ці дослідження, можна припустити, що введення до схеми навантаження рухомої платформи силового столу додаткової сили дозволить підвищити навантажувальну здатність СВБТ без погіршення інших вихідних параметрів.

В другому розділі розроблено загальну методику теоретичних та експериментальних досліджень.

Для встановлення факторів, що обмежують вихідні параметри СВБТ, необхідно дослідити вплив геометричних та силових параметрів схеми навантаження рухомої платформи силового столу на навантажувальну здатність СВБТ і точність положення рухомої платформи. Теоретичні дослідження проводяться за допомогою математичної моделі функціонування напрямних рухомої платформи силового столу, розробленої на основі теорії контактної жорсткості машин при відомих допущеннях:

- деталі столу та платформи абсолютно жорсткі, окрім поверхневих шарів, які зазнають контактних деформацій;

- контактні деформації пропорційні величині питомих тисків;

- похибками виготовлення напрямних можна знехтувати;

- функціонування силового столу розглядається в усталеному режимі.

На платформу довжиною L (рис. 2) у центрі кожного стику напрямних діють реакції, приведені до нормальної сили Rі і моменту Мі , та відповідні сили тертя FТі = м·Ri . Гвинтовий механізм приводу подачі створює силу подачі Рп, прикладену на відстані уРп до осі Z, та крутний момент Мп у гвинтовій парі.

Система рівнянь рівноваги рухомої платформи силового столу має вигляд:

де б, в - ?ути нахилу граней призматичної напрямної; a, d, l1 , l2 - геометричні параметри рухомої платформи силового столу.

Реакції в стиках напрямних визначаються залежностями

(2)

(3)

де bi - ширина стиків напрямних; k - коефіцієнт контактної податливості; ?і, ці - зазори та кути відносного повороту поверхонь стиків, що визначаються малими переміщеннями платформи ?х, ду та малими кутами ?х, цу, цz повороту відносно координатних осей:

, , (4)

,

, (5)

,

, (6)

, , (7)

, . (8)

Система (1) з урахуванням залежностей (2-8) представляє собою загальну систему просторових залежностей, що встановлює взаємозв'язок між навантаженнями рухомої платформи силового столу та похибками її положення, яка розв'язується чисельними ітераційними методами на ПЕОМ в системі Mathcad.

Приведені похибки положення рухомої платформи - позиційне е та кутове ? відхилення осі оброблюваного отвору - визначаються за формулами:

(9)

де хА, уА, zА - координати вершини інструмента.

Максимальна величина питомих тисків у стиках напрямних складає

. (10)

Наведені залежності служать основою математичної моделі функціонування напрямних рухомої платформи силового столу, вхідними параметрами якої є геометричні параметри рухомої платформи, коефіцієнт тертя ? в напрямних, коефіцієнт контактної податливості k, сила подачі Рп та координати хРo, уРo розміщення осьової рівнодіючої технологічного навантаження, а вихідними - навантажувальна здатність Рo, приведені похибки е та ? положення рухомої платформи і питомі тиски рмах у стиках напрямних.

В третьому розділі проведено теоретичне дослідження СВБТ традиційної та нової конструкції, обґрунтовано раціональні геометрично-силові параметри удосконаленої схеми навантаження рухомої платформи силового столу.

Максимальна навантажувальна здатність СВБТ традиційної конструкції, мінімальні питомі тиски в стиках напрямних і приведені похибки положення рухомої платформи силового столу спостерігаються при розміщенні осьової рівнодіючої Рo технологічного навантаження по лінії дії сили подачі Рп. Оскільки координати розміщення осьової рівнодіючої технологічного навантаження обумовлені схемою та послідовністю технологічного процесу обробки, конструктивним розташуванням оброблюваних поверхонь деталі та параметрами спеціальної оснастки, а координата сили подачі визначається конструкцією силового столу, співвісне розміщення сили подачі відносно осьової рівнодіючої технологічного навантаження в СВБТ традиційної конструкції неможливе.

Таким чином, навантажувальна здатність СВБТ обмежується зростанням питомих тисків у стиках напрямних рухомої платформи внаслідок неспіввісного розміщення сили подачі по відношенню до осьової рівнодіючої технологічного навантаження.

Для підвищення навантажувальної здатності СВБТ запропоновано змінити схему навантаження рухомої платформи силового столу шляхом уведення додаткової сили Рд, розміщеної з координатами хРд, уРд над площиною напрямних і спрямованої разом із силою подачі Рп , прикладеною звичайним чином до рухомої платформи, на компенсацію осьової рівнодіючої Рo технологічного навантаження та сил тертя в напрямних рухомої платформи (рис. 3 а). Для цього відповідно змінюється конструкція СВБТ: механічний, гідравлічний або пневматичний силовий механізм 1 створює додаткову силу між корпусом 2 силового вузла та револьверною головкою; привід головного руху здійснюється від електродвигуна 3, встановленого на корпусі 2.

Результуюча сила подачі силового вузла Рсум , утворена як рівнодіюча сил Рп та Рд , розміщена над рухомою платформою силового столу (рис. 3 б) в області дії осьової рівнодіючої технологічного навантаження.

Величина Рсум та координати хРсум , урсум результуючої сили подачі СВБТ визначаються за формулами:

, , . (11)

Порівняльні дослідження (рис. 4) показують, що величина питомих тисків у стиках напрямних СВБТ з традиційною схемою навантаження рухомої платформи силового столу перевищує допустиму (лінія 1) при Ро = 10 кН, а у СВБТ нової конструкції з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу величини питомих тисків у стиках напрямних до 3,5 разів нижчі, тому збільшення осьової рівнодіючої технологічного навантаження не призводить до перевищення їх допустимої величини навіть при Ро = 20 кН.

Координатами хрсум, уРсум розміщення результуючої сили подачі Рсум можна управляти за допомогою зміни геометрично-силових параметрів схеми навантаження - координат хРд, уРд та величини Рд додаткової сили. Максимальна навантажувальна здатність СВБТ, мінімальні приведені похибки е та ? положення рухомої платформи і питомі тиски рмах у стиках напрямних силового столу спостерігаються при співвісному розміщенні результуючої сили подачі Рсум відносно осьової рівнодіючої технологічного навантаження Ро, для чого необхідно забезпечити співвідношення між координатами і величиною додаткової сили:

. (12)

Формула (12) встановлює раціональні співвідношення геометрично-силових параметрів удосконаленої схеми навантаження при одно- і багатоінструментальній обробці, які забезпечують підвищення навантажувальної здатності СВБТ нової конструкції без зростання питомих тисків, контактних деформацій і сил тертя в стиках напрямних рухомої платформи силового столу.

Теоретично доведено, що найбільш ефективною є конструкція СВБТ з регульованими координатами хРд, уРд і величиною Рд додаткової сили, оскільки вона дозволяє забезпечити раціональні співвідношення геометрично-силових параметрів у найбільшому діапазоні зміни координат хРо, уРо прикладення осьової рівнодіючої технологічного навантаження при мінімальних похибках положення і питомих тисках в стиках напрямних рухомої платформи. Навантажувальна здатність СВБТ нової конструкції з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу обмежується лише максимальними величинами сили подачі та додаткової сили.

Четвертий розділ містить опис конструкції стенду, результати експериментальних досліджень СВБТ традиційної та нової конструкцій і їх порівняння.

Об'єктом експериментального дослідження, яке проводилось за допомогою стенду оригінальної конструкції (рис. 5), обрано СВБТ на базі електромеханічного силового столу моделі 1УЕ4532.

Дослідженням вихідних параметрів СВБТ традиційної конструкції встановлено, що розроблена математична модель адекватно описує функціонування напрямних рухомої платформи силового столу (відхилення експериментальних результатів від одержаних теоретично складає: за навантажувальною здатністю - до 6 %, за точністю - до 15 %), і підтверджено, що вихідні параметри СВБТ визначаються координатами прикладення осьової рівнодіючої технологічного навантаження.

Експериментальне дослідження СВБТ нової конструкції з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу (рис. 6) показало, що збільшення додаткової сили Рд від 0 до 9 кН дозволяє підвищити навантажувальну здатність СВБТ в 2 рази (з 9 до 18 кН) при одночасному зменшенні похибок положення рухомої платформи - приведеного позиційного відхилення е в 1,5 рази (з 0,063 до 0,042 мм) у порівнянні з традиційною конструкцією, приведеного кутового відхилення ? осі оброблюваного отвору - в 3 рази (з 9·10-5 до 3·10-5 рад), максимальної величини питомих тисків рмах в стиках напрямних - в 3 рази (з 1,5 до 0,5 МПа).

Експериментальні дослідження підтвердили, що раціональні співвідношення (12) геометрично-силових параметрів удосконаленої схеми навантаження дозволяють забезпечити максимальні вихідні параметри СВБТ нової конструкції. Наприклад, при Рп = 10 кН, Рд = 7,5 кН, хРд = 0, уРд = 260 мм навантажувальна здатність максимальна при розміщенні осьової рівнодіючої технологічного навантаження з конструктивно можливою координатою уРo в межах від 125 до 150 мм, тоді як в СВБТ традиційної конструкції ця величина лежить в межах від 0 до 15 мм.

П'ятий розділ містить методику проектування ефективних конструкцій СВБТ, нові конструктивно-компоновочні рішення СВБТ з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу та оцінку передбачуваної економічної ефективності їх впровадження.

Проектування СВБТ з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи силового столу включає в себе визначення координат розміщення та величини додаткової сили, вибір габариту силового столу, вибір та конструювання механізму створення додаткової сили, оцінку навантажувальної здатності і точності силового вузла. Процес проектування охоплено зворотними зв'язками, що дозволяє проводити ітераційне наближення до раціональної конструкції силового вузла.

Запропоновані варіанти конструктивної реалізації удосконаленої схеми навантаження рухомої платформи силового столу, в яких додаткова сила може забезпечуватись як за рахунок функціонального зв'язку приводів головного руху та подачі, так і від окремого електромеханічного або гідравлічного приводу. Розроблені конструкції силових вузлів для багатопозиційної та багатошпиндельної обробки захищені патентами України.

Економічна ефективність запропонованих конструкцій СВБТ досягається за рахунок їх більшої навантажувальної здатності у порівнянні з традиційними. При застосуванні СВБТ нової конструкції на основі силового столу ІІ габариту замість традиційних СВБТ на основі силового столу ІІІ габариту економічний ефект передбачається у розмірі 5783 грн. на один агрегатний верстат.

Загальні висновки

В дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі підвищення навантажувальної здатності СВБТ шляхом уведення до схеми навантаження рухомої платформи силового столу додаткової сили, спрямованої на компенсацію осьової рівнодіючої технологічного навантаження.

Головні результати роботи:

1. На основі запропонованої загальної системи залежностей, яка встановлює зв'язок між навантаженнями та похибками положення рухомої платформи силового столу в усталеному режимі, розроблена математична модель функціонування напрямних рухомої платформи силового столу, що дозволяє визначити навантажувальну здатність СВБТ, похибки положення рухомої платформи і питомі тиски в стиках напрямних.

2. Навантажувальна здатність СВБТ традиційної конструкції обмежується зростанням питомих тисків, контактних деформацій та сил тертя в стиках напрямних внаслідок неспіввісного розміщення сили подачі по відношенню до осьової рівнодіючої технологічного навантаження. Потенційні можливості підвищення навантажувальної здатності СВБТ традиційної конструкції обмежені, оскільки співвісне розміщення сили подачі відносно осьової рівнодіючої технологічного навантаження неможливе.

3. Підвищення навантажувальної здатності СВБТ досягається удосконаленням схеми навантаження рухомої платформи силового столу шляхом уведення додаткової сили, спрямованої на компенсацію осьової рівнодіючої технологічного навантаження, що дозволяє управляти положенням результуючої сили подачі силового вузла за допомогою зміни координат розміщення та величини додаткової сили.

4. Раціональні співвідношення геометрично-силових параметрів удосконаленої схеми навантаження при одно- і багатоінструментальній обробці встановлюють координати розміщення та величину додаткової сили, що забезпечують підвищення навантажувальної здатності СВБТ без зростання питомих тисків, контактних деформацій і сил тертя в стиках напрямних рухомої платформи силового столу.

5. Теоретичні припущення, покладені в основу запропонованої системи залежностей, яка встановлює зв'язок між навантаженнями та похибками положення рухомої платформи силового столу, та розробленої на її основі математичної моделі, знайшли експериментальне підтвердження. Відхилення між експериментальними даними та теоретичними розрахунками складає: за навантажувальною здатністю - до 6 %, за точністю положення рухомої платформи силового столу - до 15 %.

6. Експериментальними дослідженнями підтверджені теоретично обґрунтовані раціональні співвідношення геометрично-силових параметрів схеми навантаження рухомої платформи силового столу і встановлено, що навантажувальна здатність СВБТ з удосконаленою схемою навантаження рухомої платформи збільшується до 2 разів при одночасному зменшенні приведених похибок положення рухомої платформи до 3 разів і зниженні питомих тисків у стиках напрямних до 3 разів у порівнянні з традиційною конструкцією.

7. Запропонована методика проектування СВБТ на основі принципів раціонального вибору геометрично-силових параметрів схеми навантаження рухомої платформи, яка дає можливість на етапі проектування оцінити навантажувальнe здатність і точність силових вузлів, знайшла застосування у ВАТ “Харківське СКБ агрегатних верстатів” при конструюванні високоефективних СВБТ для агрегатних верстатів, а також в навчальному процесі при підготовці фахівців спеціальності 8.090203 “Металорізальні верстати та системи”.

8. Нові технічні рішення силових вузлів для багатопозиційної та багатоінструментальної обробки захищені патентами України і впроваджені у виробництво у ВАТ “Харківське СКБ агрегатних верстатів”, ВАТ “Харківський завод агрегатних верстатів”, ЗАТ “Харківське дослідно-конструкторське бюро автоматики “Хімавтоматика”. Передбачуваний економічний ефект від впровадження запропонованих конструкцій складає 5783 грн. на один агрегатний верстат.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Крижанівський В.А., Кириченко А.М. Оцінка умов функціювання силових столів агрегатних верстатів // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - Вип. 2. - С. 92-95.

2. Крижанівський В.А., Кириченко А.М. Теоретичне дослідження функціонування виконавчого органу приводу подачі силового столу // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. - Житомир: ЖІТІ. - 1999. - Вип. 10. - С. 36-39.

3. Кузнєцов Ю.М., Крижанівський В.А., Кириченко А.М. Підвищення навантажувальної здатності та точності силових вузлів блочного типу // Вестник Национального технического университета Украины "Киевский политехнический институт". - К.: КПИ. - 1999. - Вып. 37. - С. 46-52.

4. Крижанівський В.А., Кириченко А.М. Нові конструкції силових столів агрегатних верстатів // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - Вип. 5. - С. 41-45.

5. Крыжановский В.А., Кириченко А.Н. Синтез и выбор рациональных схем нагружения исполнительных органов приводов подачи силовых узлов блочного типа агрегатных станков // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Новые решения в современных технологиях. - Х.: ХГПУ. - 2000. - Вып. 78.- С. 45-48.

6. Кириченко А.М. Експериментальні дослідження силового вузла блочного типу нової конструкції // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - Кіровоград: КДТУ. - 2001. - Вип. 9. - С. 206-210.

7. Кириченко А.М. Випробувальний стенд для дослідження вихідних характеристик силових столів агрегатних верстатів // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - Вип. 2. - С. 11-14.

8. Привід верстата: Пат. 34966 України, МКВ 6 В 23 Q 37/00, B 23 B 47/00 / В.М. Пестунов, В.А. Крижанівський, А.М. Кириченко (Україна). - № 99074270; Заявл. 23.07.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 2 с.

9. Привод подачі: Пат. 35352 України, МКВ 6 В 23 В 1/00, B 23 С 1/00, В 23 D 1/00 / В.М. Пестунов, В.А. Крижанівський, А.В. Барамба, А.М. Кириченко (Україна). - № 99095323; Заявл. 28.08.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. - 2 с.

10. Крыжановский В.А., Кириченко А.Н. Стенд для экспериментального исследования точности и жесткости силовых столов агрегатных станков и автоматических линий // Высокоэффективные технологии в машиностроении: Тезисы докл. научно-техн. конф. - Х., 1998. - С. 34.

11. Крижанівський В.А., Кириченко А.М. Вибір раціональної схеми навантаження виконавчого органу приводу подачі силового стола // Сборник трудов Междунар. научно-техн. конф. "Машиностроение и техносфера на рубеже ХХІ века" в г. Севастополе 13-18 сентября 1999 г. - Т. 2. - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - С. 65-68.

Размещено на Allbest.ru