Экспериментальные исследования элементов приводов подач станков с ЧПУ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДОВ ПОДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ

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. температура привод подача станок скорость 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 l_р = 800 мм.

В качестве подпятников применены упорно-радиальные роликоподшипники 4 — 504 708 ГОСТ 26 290– — 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 °C до 35 °C. 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 х=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.