LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення точності токарних автоматизованих верстатів шляхом зміни впливу умов стикування базових вузлів на температурні деформації

до 50•105 Н/м2 – 15%-20%. Для зусиль затяжки верстатних стиків (20•105 Н/м2 - 25105 Н/м2) розбіжності в значеннях не перевищують15%.

Порівняння експериментальних даних з повної теплопровідності стиків з розрахунками, виконаними з урахуванням впливу макровідхилень поверхонь (формули (4), (9)) за умов навантаження на контакті р=25105 Н/м2 показані на рис.6.

В четвертому розділі проведені дослідження температурного поля і температурних зміщень шпиндельної бабки токарно-револьверного автомата. Розрахунок температурного поля і деформацій для тривимірної моделі шпиндельної бабки (ШБ) виконано методом кінцевих елементів. Розглядається стаціонарний тепловий режим. Диференціальне рівняння теплопровідності


, (10)


рішається з граничними умовами (рис.7):

Т=const – по периметру отворів під підшипник;

-/x= для x=0, 0

x=l, 0

-/y= для y=0, 0

y=b, 0

- /y= для z=h, 0

- /y=* для z=h, 0

де ? – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлено корпус ШБ; – коефіцієнт тепловіддачі поверхонь; ст – теплопровідність стику ШБ і станини; – перепад температур ШБ і повітря; * - перепад температур на стику.







Контактна пара – чавун СЧ15– Контактна пара сталь 20Х -сталь чавун СЧ15, ?Rz=9,4мкм ?Wz=13,5мкм, 20Х, ?Rz=6,56мкм, ?Wz=10мкм,

характер контакту відповідає рис.4б. характер контакту відповідає рис.4а





Контактна пара - сталь 20Х – Контактна пара - сталь 20Х - чавун сталь 20Х ?Rz=2мкм, ?Wz=7мкм. СЧ30, ?Rz=4,4мкм, ?Wz=6,2мкм.

характер контакту відповідає рис.4в. характер контакту відповідає рис.4в.

Рис.5 - Залежність теплопровідності металевого контакту від навантаження

З метою підвищення точності розрахунків коефіцієнти тепловіддачі поверхонь уточнювались за результатами експериментальних досліджень температурного поля ШБ.

Рішення задачі термопружності для знаходження температурних зміщень ШБ виконувалось методом кінцевих елементів за граничних умов: u=0, v=0, коли z=0 в точках з координатами X і Y, що відповідають місцям встановлення фіксуючих елементів; w=0, коли z=0, 0xl, 0yb, а також для зазначених умов і прикладення навантаження на стик, яке відповідає зусиллю затяжки стику ШБ з станиною.









Рис. 6. – Теплопровідність стику: розрахунок і експеримент

Номери пар контакту відповідають рис.3.








Рис. 7. Схема шпиндельної бабки для завдання граничних умов.


Розрахунок температурного поля ШБ з врахуванням теплового опору стиків і без врахування показує, що врахування теплового опору стику впливає на характер температурного поля частини бабки прилеглої безпосередньо до зони стику. Як показали подальші розрахунки температурних зміщень, такі зміни температурного поля мало впливають на зміщення в вертикальній площині і відчутно змінюють характер зміщень в площині стику, що відповідним чином впливає на точність обробки

Розрахунки температурних зміщень шпиндельної бабки засвідчили значний вплив граничних умов на величину і характер зміщень. Координати X і Y установлення фіксуючих елементів ШБ визначають величину і напрямок зміщень осі шпинделя. Для різних варіантів розміщення фіксуючих елементів (всього досліджено 7 варіантів) температурні зміщення осі шпинделя за координатою Y змінюються від +30 до –46 мкм. Схема розміщення фіксуючих елементів впливає і на характер температурних зміщень. В разі застосування схем фіксації а, д і ж (рис. 8) вісь шпинделя в горизонтальній площині зміщується паралельно своєму початковому положенню, схеми б і в супроводжуються зігнутістю осі шпинделя внаслідок нерівномірних осьових зміщень бабки, використання схеми е зумовлює зігнутість осі в вертикальній площині з тих же причин, а схема г призводить до значного викривлення осі. Необхідно звернути увагу на те, що в разі використання схеми г зміщення осі розточок на торці передньої опорної стінки відбувається в бік штифта розміщеного поряд з стінкою. Це обумовлено тим, що лінія нульового зміщення, яка проходить через штифт, перетинає торець стінки за віссю розточок. Прикладення навантаження на стик для схеми фіксації а зменшує величину температурних зміщено осі розточок шпинделя майже на третину не змінюючи напрямку. Такий характер впливу схеми фіксації і зусилля затяжки повністю відповідає результатам експериментальних досліджень, наведених в другому розділі.




а б в г




д е ж з

Рис. 8. – Схеми фіксації шпиндельної бабки


Аналіз результатів розрахунків температурних зміщень показує, що із усіх розглянутих варіантів найбільш оптимальним з точки зору величини зміщень і характеру деформацій ШБ є схеми а і ж, хоча жодна з них не забезпечує нульових зміщень. Менші зміщення спостерігаються для схеми ж, але схема а є більш технологічною.

Встановлений вплив схеми розміщення штифтів на температурні зміщення ШБ робить можливим не лише зменшення величини зміщення осі шпинделя, а і керування температурними зміщеннями з метою компенсації впливу інших факторів, зокрема пружних відтискань та зносу інструменту на точність обробки. Для цього на етапі проектування верстата, взявши за основу схему а з симетричним розміщенням штифтів відносно осі шпинделя, розраховуються температурні зміщення осі. Якщо одержаний результат не задовольняє за величиною або напрямом, зміною положення одного з штифтів, досягають бажаного результату за величиною і напрямом зміщень.

Температурні зміщення торця передньої опорної стінки ШБ за координатою X складають на висоті осі шпинделя від 70 мкм для схем д і ж до 112 мкм для схем б і в.

Температурні зміщення передньої опорної стінки ШБ за координатою X значною мірою впливають на точність одержання лінійних розмірів, оскільки осьові температурні зміщення переднього кінця шпинделя визначаються


=к+шп


де к – осьові зміщення корпусу ШБ відносно станини; шп – осьові зміщення шпинделя відносно корпусу.

В разі застосування схеми фіксації шпиндельної бабки, наведеної на рис. 4.9а і осьової фіксації шпинделя в передній опорі температурні зміщення переднього кінця шпинделя в першому наближенні можуть бути визначені за виразом


d=bк Jк lш1+bкр Jкр1 lкр1+bпо Jпо lпо+bкр Jкр2 lкр2+bш Jш lшп, (11)


якщо осьова фіксація шпинделя виконана в задній опорі, то за виразом


d=bш Jўшп (lшк+lшм)+bзо Jзо lзо+bкр Jкр4 lкр4-bк Jўк (lк2+lзо+lкр4), (12)


де bк, bкр, bоп, bш – коефіцієнти лінійного розширення матеріалів корпусу ШБ, кришки, підшипників опори і шпинделя відповідно; J - середня надмірна температура відповідних елементів шпиндельної бабки.

Припустивши, що коефіцієнти лінійного розширення для всіх елементів бабки однакові, і, враховуючи, що температура