УДК 621 - Оренбургский государственный университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРИВОДОВ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ
Этманов А.В.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет» г. Оренбург
В последние годы наметившаяся тенденция интенсификации режимов
обработки, привела к необходимости увеличения холостых и рабочих
перемещений исполнительных органов станков с ЧПУ т.е. к повышению
производительности, которая наряду с точностью и надежностью является
определяющим показателем качества станков.
Повышение производительности связано с сокращением машинного
времени не только за счет повышения мощности главного привода и
нагрузочной способности привода подач, обеспечивающих возможность
интенсификации режимов обработки, но и за счет сокращения
вспомогательного времени, которое занимает существенную долю, в общем
времени для станков с большим количеством переходов при обработке детали
и сравнительно коротким временем цикла обработки или переходов. К таким
станкам, прежде всего, относятся высокоавтоматизированные многоцелевые
станки для комплексной обработки деталей. Для сокращения вспомогательного
времени необходимо обеспечить высокие скорости перемещения узлов на
холостом ходу и высокое быстродействие механизма подачи при разгоне и
позиционировании рабочих органов.
Уровень требований к точности и качеству обработки на металлорежущих
станках, особенно с ЧПУ, также значительно возрос. Отсюда вытекают
высокие требования к стабильности работы механизма подачи и точности
выполнения его механической части, повышению плавности его работы,
особенно при скоростях рабочего органа, при которых происходит обработка и
позиционирование.
Таким образом, в станках с ЧПУ приводам подачи предъявляются высокие
требования по точности и плавности перемещения рабочих органов,
быстродействию, надежности и долговечности.
Удовлетворение этих требований во многом зависит от конструкции и
параметров винтового механизма, являющегося конечным, а в большинстве
случаев и единственным механическим звеном кинематической цепи привода
подач.
Эксплуатация ШВМ приводов подач в области высоких скоростей связана
с повышенными потерями на трение, что приводит к резкому увеличению
избыточной температуры в элементах привода. Для реализации высоких
скоростей подачи с целью обеспечения интенсификации режимов резания
необходимо обеспечить тепловую стабильность привода. Решение этой
проблемы будет способствовать повышению производительности станков и
требует глубокого изучения квазистационарных процессов, тепловыделения,
теплоотвода и температурных деформаций в элементах ШВМ.
Целью экспериментальных исследований являлось определение динамики
роста температуры элементов привода подачи и предельных скоростей
перемещения.
Для определения предельных (допустимых) скоростей перемещения и
динамики роста температуры во время работы узлов приводов подач, были
проведены испытания приводов подачи координаты «Х» станков модели МЦ
800 ПМФ4 в количестве 18 единиц и станка DIAG (TCI – 1200). Станок и
привод подачи в условиях натурного эксперимента показаны на рисунке 1 и 2
соответственно.
Рисунок 1 – Специализированный многоцелевой станок МЦ 800 ПМФ4
Рисунок 2 - Привод подачи координаты «Х»
Основные параметры исследуемого механизма: номинальный диаметр
передачи винт – гайка качения d = 63 мм; шаг винтовой линии р = 10 мм; длина
винта l= 1420 мм; максимальный рабочий ход lр = 800 мм.
В
качестве
подпятников
применены
упорно-радиальные
роликоподшипники 4 – 504708 ГОСТ 26290 – 87.
Исследовалась динамика нагрева элементов шариковинтовой передачи и
опор ходового винта. Измерение температуры осуществлялось в контрольных
точках при циклическом движении узлов на холостом ходу со скоростями
линейных перемещений 1…10 м/мин. Схема измерения представлена на
рисунке 3
Рисунок 3 - Схема замеров
В качестве измерительной аппаратуры использовались: универсальный
цифровой вольтметр В7 – 27А, предназначенный для измерения постоянного и
переменного напряжения, сопротивления, постоянного тока, температуры;
лазерный интерферометр для измерения точности линейного позиционирования.
Измерительная аппаратура представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Измерительная аппаратура
Результаты проведенных испытаний приводов подач по динамике нагрева
элементов ШВМ и опор, в зависимости от скорости движения по координате «Х»,
сведены в графики. В качестве наглядного примера графики для отдельных
элементов ШВМ при различных скоростях приведены на рисунках 5 – 10.
Рисунок 5 - Температурные характеристики корпуса передней опоры (tк1 )
Рисунок 6 - Температурные характеристики корпуса передней опоры (tк1 )
Рисунок 7 - Температурные характеристики винта у передней опоры (tв1 )
Рисунок 8 - Температурные характеристики винта у передней опоры (tв1 )
Рисунок 9 - Температурные характеристики гайки (tг )
Рисунок 10 - Температурные характеристики гайки (tг )
Из характера полученных кривых можно сделать вывод, что любая кривая,
состоит из двух участков: наклонного и практически горизонтального.
По наклонному участку кривой можно говорить о том, что скорость
тепловыделения превышает скорость отвода тепла в изделие и атмосферу.
Крутизна кривой на этом участке характеризирует интенсивность тепловыделения
и превышение подвода тепла над отводом.
Горизонтальные участки кривых характеризуют наступление теплового
баланса системы, то есть скорость и количество подводимого тепла равна
скорости и количеству отводимого тепла в окружающую среду.
Для каждого конкретного случая (станка) наступление теплового баланса
происходит при вполне определенном абсолютном значении температурного узла
и колеблется при скорости перемещения 2м/мин от 24 °С до 35 °С. Для режима 10
м/мин определение наступления теплового баланса, то есть выхода на
горизонтальный участок, не проводилось из-за возможности чрезмерного
перегрева и выхода из строя подшипников.
Таким образом, принимая кривую динамики нагрева опор ШВП для станка
Diag (TCI-1200) за эталон, при проведении испытаний узлов станка на стендах с
υ=2 м/мин, можно считать нормальным рост температуры в опорах со скоростью
8…10°С в час со стабилизацией температуры, на 10…12°С превышающей
температуру окружающей среды.
На следующем этапе исследования проводится еще ряд натурных
экспериментов для выявления закономерности изменения температурных
характеристик оценки геометрической и статической жесткости станка и
определения критериев комплексной оценки качества сборки, механической части
приводов подач.