Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Введение
Развитие машиностроения, в частности, станкостроения предусматривает повышение быстроходности и мощности обрабатывающих инструментов, что приводит к необходимости изучения их динамической нагруженности и влияний колебательных процессов на качество обрабатываемых поверхностей. Вибрация негативным образом влияет на ресурс и надежность станков и машин, точность вращения шпинделей, долговечность и характер износа деталей, качество выполнения технологического процесса, приводит к виброзаболеваниям у операторов, и др., а возникающие при этом резонансные режимы могут служить причиной серьезных поломок и аварий. Повышенная вибрация машины может быть вызвана различными причинами, в том числе неуравновешенностью шпинделей металлообрабатывающих станков, в частности, шлифовального круга.
При металлообработке под точностью понимают отклонение размеров формы, взаимного расположения обработанных поверхностей, волнистости и шероховатости от заданных параметров [117]. При этом точность обработки – главный показатель качества технологической системы. Его обеспечение в процессе обработки поверхности во время шлифования связано с колебаниями системы: шпиндель – шлифовальный круг – деталь.
Демпфирование колебаний в шпинделях с помощью упругих стоек эффективно лишь на определенных скоростях вращения, при чем на других скоростях нагрузки амплитуды колебаний могут возрастать. При применении упругих опор шпиндель остается неуравновешенным и поэтому нагрузки в нем и нагрузки на опоры не устраняются. В области критических оборотов прогибы, напряжения и реакции в опорах резко возрастают и могут вызвать разрушения.
В процессе проектирования машин конструкторы стремятся уменьшить величину возможной вибрации, стремясь выбирать правильную компоновку вращающихся деталей, соблюдая осевую симметрию шпинделя и контролируя технологический процесс сборки. Однако, в процессе изготовления деталей и узлов неизбежно возникает асимметрия, приводящая к неуравновешенности роторов. Для ее устранения применяют балансировку шпинделей при их изготовлении и монтаже. Если при этом учтена гибкость шпинделя и дисбаланс устранен для всех форм колебаний, то при эксплуатации шпиндель вращается с нужной точностью при неизменном дисбалансе.
В машинах всегда существует дисбаланс, зависящий напрямую от времени эксплуатации и который невозможно устранить одной первоначальной балансировкой. Разбалансировка роторов происходит вследствие износа деталей при выполнении ими технологического процесса. Отбалансированный шпиндель со шлифовальным кругом в процессе работы изменяет свое сбалансированное состояние. Основной причиной этого является неравномерная выработка шлифовального круга, который, в свою очередь, обладает неравномерной плотностью. Кроме этого, сменные насадки, устанавливаемые на шпиндель, могут ухудшить его сбалансированное состояние посредством внесения своего дисбаланса в ротативную систему или неточностью установки насадки на шпиндель. Часто операция остановки станка и произведения добалансировки шпинделя связана с большими экономическими потерями, а для некоторых станков недопустима по условиям выполнения технологического процесса или условий эксплуатации. Поэтому для устранения этого явления целесообразно применять автоматические балансирующие устройства (АБУ), которые при вращении шпинделя отслеживают его вибрацию и при превышении ее расчетного уровня автоматически снижают ее до допустимого минимума.
Основные требования к шпинделям металлообрабатывающих станков сформулированы в работах: Ачеркана Н.С.; Бальмонта В.Б.; Бушуева В.В.; Века М.; Джонса А.; Диментберга Ф.М.; Зверева И.А.; Оишомуры; Каминской В.В.; Кедрова С.С.; Кудинова В.А.; Левиной З.М.; Лизогуба В.А.; Лундберга Г.; Маслова Г.С.; Маталина А.А.; Оптица Г.; Пальмгрена А.; Пинегина С.В.; Пономарева К.К.; Портмана В.Т.; Проникова А.С.; Пуша А.В.; Пуша В.Э.; Решетова Д.Н.; Фигатнера А.М.; Хомякова В.С. и др.
Анализ работ показал, что современные быстроходные и высокоточные шпиндели шлифовальных, расточных и других станков должны обеспечивать точность формы рабочих поверхностей порядка десятых долей микрометра и быстроходность dn более 106 мм?мин –1 при чистоте поверхности Ra£0,08 мкм [35]. Важным условием повышенной точности является сбалансированность шпинделя, которая может обеспечиваться применением АБУ.
Большой вклад в изучение вопросов колебаний валов, балансировки роторов и шпинделей, в разработку теоретических зависимостей, описывающих поведение АБУ в различных эксплуатационных условиях, в разработку новых методов и устройств балансировки внесли российские и зарубежные исследователи: Бидерман В.Л.; Блехман И.И.; Горбунов Б.И.; Гусаров А.А.; Куинджи А.А.; Левит М.Е.; Маслов Г.С.; Нестеренко В.П.; Рейбах Ю.С.; Тимошенко С.П.; Щепетильников В.А. и др.
В работе на примере шпинделей металлообрабатывающих станков рассмотрен новый подход в разработке АБУ.