4.4. Впровадження результатів дисертаційної роботи в навчальний
процес……….………..169
Основні висновки………172
Список використаної літератури……….…...174
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу,
встановлені ущільнювальні кільця. На задній частині тяги затиску виконана двостороння конічна розточка, в якій знаходяться клинові затискні сегменти 9. Затискні сегменти взаємодіють трьома похилими поверхнями з конічною розточкою тяги затиску і поршнем затиску 10 і упираються в торець нерухомого циліндра 8. Між гільзою 11 циліндричної та торцевою частиною поршня розтиску 10 утворена порожнина затиску, у яку надходить мастило через спеціальну маслопідвідну муфту. Вона складається з з'єднаної з корпусом шпинделя нерухомої частини 14 і рухомої частини 13, встановленої в шпинделі. У циліндричної частини поршня затиску виконано отвір, в який входить циліндричний кінець тяги затиску 7 з зазором, для забезпечення подачі мастила в нерухомий циліндр через аксіальні отвори в його торці. Такі механізми затиску мають симетричну конструкцію щодо осі обертання, забезпечують надійне блокування при знятті тиску і великі сили затиску при невеликих габаритах. Крім того, для затиску і розтиску не потрібні значні сили завдяки використанню клинової підсилювальної ланки у вигляді клинових сегментів. Також серед відомих гідромеханічних затискних патронів можна розглянути ІЗП фірми Sandvik Coromant типу CoroGrip [126] і удосконалений по Патенту України №73045 “Гідромеханічний затискний патрон” [115].
Схожий до цього патенту є Патент США №6473954 “Mounting tool for hydro mechanical chuck” (рис. 1.6) [114] . Від вище представленого патенту відрізняється відсутністю кульок у барокамері та циліндричним торцем (у вище згаданого торець конічний).
Виходячи з аналізу конструкцій ЗМ розглянутих в даному підрозділі, можна зробити висновок, що дані механізми є досить ефективні та надійні і є взаємозамінні, але мають складну конструкцію та елементи, що швидко зношуються внаслідок тертя. Також значним недоліком є використання додаткової гідро- або пневмо-системи для приводу затиску, що робить верстат більш габаритним і високовартісним. Тому потрібно шукати шляхи до їх вдосконалення та зменшення цих явищ, а також забезпечити більш просту конструкцію та використання ЗМ, які не потребують додаткових устаткувань та систем, а мають ЗМ та його привод вбудований в конструкцію шпинделя. Серед відомих мотор-шпинделів з автоматичними ЗМ можна виділити найбільш поширені.
Високочастотні шпинделі (High-Frequency Spindles) фірми DATRON (США) Дана фірма пропонує у відповідності до вимог виробництва мотор-шпинделі від ультра потужних, прецензійних високошвидкісних до надійних та економічних. Всі шпинделі є точні і довговічні, а також підходять для виконання багатьох операцій. DATRON пропонує шпинделі з швидкістю обертання від 3000 до 60000 об/хв [123]. Потужні і дуже точні високошвидкісні шпинделі з автоматичною системою затиску HSK-E 25 (Powerful and very precise high speed spindles with automatic HSK-E 25 clamping system). Ідеально підходять для високоякісної та
ефективної роботи різанням. Вони розвивають швидкість до 40000 оборотів за хвилину (рис. 1.20, а). Високочастотні шпинделі з автоматичною системою
затиску HSK-E 25 (HighS high-frequency spindles with automatic HSK-E 25 clamping system). Шпинделі оснащені ЗМ для затиску інструмента з конусним хвостовиком
для особливо точного фрезерування, свердління і гравірування (рис. 1.20, б). Для
високошвидкісної обробки (For high-speed machining). Високочастотні шпинделі з
Рис. 1.22. ЗМ інструменту з цангою та гідромеханічним затиском
Детальні техніко-економічні характеристики ШВ наведені в Додатках А (табл. 1.4)
температурних полів дозволяє абстрагувати компенсації для того, щоб отримати стабільні термо-пружні характеристик в майбутньому. На рис. 1.29 представлено експериментальний стенд для визначення вищезгаданих параметрів. Рис. 1.29. Стенд для вимірювання параметрів та процесів в ІС На рис. 1.30. представлена моделювання системи для визначення параметрів теоретичним шляхом. Рис. 1.30. Моделювання процесів в ІС Результати даної роботи є досить корисними, оскільки здебільшого, вчені проводять дослідження силових та жорсткісних характеристик, а в цій роботі автор досліджує ще й теплові явища та їх вплив на роботу системи.
Китайський науковці Jui P. Hung*, Yuan L. Lai, Tzuo L. Luo and Hsi H. Hsiao в своїй роботі [106] досліджували динамічні характеристики шпиндельного вузла. Використовуючи при цьому як САПР (рис. 1.31) так і експериментальні дослідження.
Аналізуючи дані дослідження кінцевих елементів можна спрогнозувати динамічні характеристики високошвидкісного шпинделя, що дає можливість дослідити навантаження на підшипники і передній кінець шпинделя. Для підтвердження аналітичних досліджень автори проводять експерименти (рис. 1.32) по дослідженню вібраційних характеристик шпиндельного вузла, які дають змогу побачити реальну картину процесів в вузлі. Рис. 1.32. Вимірювання вібрації шпиндельного вузла та частотна характеристика
Схожі дослідження також проводили Deping Liu, Hang Zhang, Zheng Tao and Yufeng Su, які дослідили статичні та динамічні характеристики шпинделя в системі ANSYS (рис. 1.33) [105].
РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ЗАТИСКНОГО ПАТРОНА
2.1. Опис, призначення та область застосування ІЗП
Деталі квадратного перерізу. Вимірювання деталей квадратного перерізу
проводилося на профілографі (рис. 2.54).
Рис. 3.3. Конструкція (а) і тривимірна модель (б) мотор-шпинделя з електромеханічним ЗМ та змінним модулем М4
Рис. 3.21. Напруження по Мізесу
Рис. 3.23. Коефіцієнт запасу міцності
Дані датчики можуть працювати як в комплексі і взаємодіяти один з одним, так і поодинці, для виміру конкретного параметру. Комплексна робота даних датчиків дає можливість отримувати повну картину про роботу ШВ і при взаємодії керувати режимами різання, подачею мастильно-охолоджуючої рідини, охолодженням шпинделя, зміною інструмента та уникнути ризиків виходу з ладу ШВ та його складових частин. На рис. 4.18. представлена принципова схема роботи системи Smart Spindle: СК ПрЗ – система керування ПрЗ, СК АО – система керування автооператором, ДП – датчик положення шпинделя, ТД – температурний датчик, ДОТ – датчик охолоджувальної рідини, ДР – датчик розширення, ВД – вібраційний датчик, ДТ – датчик тиску, ПРГ – привод головного руху, СК Smart Spindle – система керування системою Smart Spindle, Invertor – система керування ПРГ, ЧПК – Числове програмне курування верстата.
Рис. 4.18. Принципова схема роботи системи Smart Spindle
Недобой // Актуальні задачі сучасних технологій : Міжн. наук.-техн. конф. молодих учених та студентів., 19-20 грудня 2012 р.: тези доп. – Тернопіль, 2012. – С. 112 – 133. 49. Кузнецов Ю.Н. Системно-морфологический подход при синтезе высокоскоростных зажимных патронов / Ю. Н. Кузнецов, Эль-Дахаби Фарук // Наукові праці КНТУ. – 2004. – №15. – С. 19-25. 50. Кузнецов Ю. Н. Шпиндельные узлы с электромеханическим зажимом и текучей средой для станков нового поколения / Ю. Н. Кузнецов, Ж. А. Герра Хамуйела, В. А. Недобой, Б. И. Придальный // Вісник СевНТУ. – 2013. – №139. – С. 121–125. 51. Кузнєцов Ю. М. Принципи створення інструментальних прецизійних затискних патронів для високошвидкісної обробки / Ю. М.Кузнєцов, О. А. Гуменюк, А. М. Рудковський, А.Д. Хасан. // Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. – 2006. – №17. – С. 134–141. 52. Кузнєцов Ю. М. Аналіз процесу затиску-розтиску тіл обертання в затискному механізмі з електромеханічним приводом / Ю. М. Кузнєцов, Б. І. Придальний // Вісник ХНТУ. – 2015. – №4(55). – С. 48–56. 53. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. / А.Ф. Крайнев – М.: Машиностроение-1, – 2003. – 384с. 54. Крижанівський В.А., Кузнєцов Ю.М., Валявський І.А., Скляров Р.А. Технологічне обладнання з паралельною кінематикою. [Під. ред. Ю.М. Кузнєцова] -Кіровоград, 2004. – 449 с. 55. Майборода В.С. Основи створення i використання порошкового магнiтно-абразивного iнструменту для фiнiшноi обробки фасонних поверхонь. Дис. … докт.техн.наук: 05.03.01 / НТУУ “КПІ” – К., 2001. – 404 с.
91. Хасан Аль-Даббас. Повышение качества обработки за счет разработки и применения сверлильно-фрезерных патронов : дисс. ... канд. техн. наук : 05.02.07 / Хасан Аль-Даббас; Рос. ун-т дружбы народов – Москва, 2011 –161 с. 92. Хаймович Е. М. Гидроприводы и гидроавтоматика станков / Е. М. Хаймович. – Москва: Машгиз, 1959. – 550 с. 93. Хилл П. Наука и искусство проектирования. Научное обоснование решений / Пер. с англ.- М.; Мир, 1973.-203 с. 94. Эль-Дахаби Фарук Вахид. Синтез высокоскоростных зажимных патронов токарных станков : Дис... канд. техн. наук: 05.03.01 / Национальный технический ун-т Украины "Киевский политехнический ин-т". — К., 2006. — 222л.
95. Ibrahem Farhan Salman Al-Refo. Effect of the clumping chuck structure on size extension clamping possibilities / Ibrahem F.S. Al-Refo, Y.N. Kuznetsov, Joaquim A. Guerra Hamuyela // Proceedings of the International Scientific Technical Conference. – Australian Journal of Basic and Applied Sciences, ISSN 1991-8178, 2013, Edition 7(10), pp.484 – 489.
96. Hamuyela J.A. Guerra. Creation of new clamping mechanisms using genetic-morfological method / Guerra J.A. Hamuyela, Y.N. Kuznetsov // Journal of mechanical Engineering of the National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. – 2013 . – №67. – P.155 – 162.
97. Kuznetsov Y. Use the modular principle in the assembly spindle of machines tools based on the motor-spindles / Y. Kuznetsov, V. Nedoboi, H. Hamuyela // Technologia i Automatyzacja Montażu – Technology and Assembly Automation. – 2014. – №2. – С. 13–17.
konferencja naukowotechniczna., 2730 maja 2014 r.: Materiały konferencyjne. -Rzeszów – Berezka, Polska, 2014. – P. 28.
99. Kuznietsov Y. The Genetic approach is the key to innovative Synthesis of complicated Technical Systems / Y. Kuznietsov, V. Shinkarenko // Journal of the Technical University at Plovdiv, Bulgaria Fundamental Sciences and Applications. – 2011. – Volume 16, book 2. – P. 15-33.
100. Michael Bräunig. Thermo-energetic Design of Machine Tools. - Berlin : Springer International Publishing, 2015, S. 13 - 26. - Lecture Notes in Production Engineering.
101. Martin S. Kurnadi. Workholding optimization for turning of ring shaped parts: MrS Thesis / Georgia Institute of Technology. – Atlanta, Georgia, 2005. – p 144.
102. Shynkarenko V. Genetic Foresight in Science and Technology: from Genetic Code to innovative Project. 10th Anniversary International scientific Conference «Unitech' 10». 19-20 November 2010. Gabrovo, Bulgaria – 2010. – Vol. II. – P. 297-302.
103. Shynkarenko V. Genetic programs of complex evolutionary systems (part 1, 2). International scientific Conference «Unitech' 11». 19-20 November 2011. Gabrovo, Bulgaria – 2011. – P.33-52
104. Cong M. Finite Element Analysis of Slider in High-Speed Horizontal NC Center / M. Cong, T. Han, Q. Zhao, T. J. Lan, X. Y. Ju // Advanced Materials Research. – 2011. – Vols. 225-226. – P. 43-46.
105. Liu Deping. Finite Element Analysis of High-Speed Motorized Spindle Based on ANSYS / Deping Liu; Hang Zhang; Zheng Tao; Yufeng Su // Open Mechanical Engineering Journal. – 2011. – Vol. 5.
Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. – 2012. –№7.
113. Пат. №98110 Україна, МПК B23B 31/26, B23B 31/00. Затискний патрон / Кузнєцов Ю. М., Хамуйєла Ж. А. Герра, Недобой В. А., Брезіцький С. М.; заявник і власник Кузнєцов Ю. М. – № 201413886; заявл. 24.12.2014; опубл. 10.04.2015, Бюл. № 7. 114. Пат. №6473954 США, МПК В23Р19/027, В23В31/30. Затискний механізм для гідромеханічного патрона. – опубл. 05.11.2002. 115. Пат. № 73045 Україна, МПК В23В 31/30. Гідромеханічний затискний патрон / Кузнецов Ю.М., Гуменюк О.А., Юрчишин О.Я. – №2004031960; заявл. 16.03.2004; опубл.16.05.2005, Бюл.№5. 116. Пат. №6224067 США, МПК В23 В31/20; В23 В31/30. Hydromechanical CHUCK / Stefan Lindstrom. – опубл. 11.05.2001.
117. Пат. №91154 Україна, МПК B23B 13/00. Пристрій для затиску пруткового матеріалу / Кузнєцов Ю.М., Придальний Б.І. Редько Р.Г.; Заявник і власник ЛНТУ. – № 200907924; заявл. 27.07.2009; опубл. 25.01.2010, Бюл. № 2.
118. Пат. №4423880 США, МПК B23B31/20; B23B31/20B2. Hydromechanical CHUCK / Wojciech B. Kosmowski. – опубл. 3.01.1981.
122. Cylindrical shanks for milling cutters. Part 1: Dimensional characteristics of plain cylindrical shanks : ISO 3338-1. – [Действителен с 21.08.1994]. – Стандарт ЕС. – 8с. – (Межгосударственный стандарт)
Електронні ресурси
123. DATRON. High-Frequency Spindles [Електронний ресурс] / DATRON.
– 2014. – Режим доступу до ресурсу:
http://www.datron.com/High_Speed_Spindle_High_Frequency_Spindle.php.
124. IBAG. High-Frequency Spindles [Електронний ресурс] / IBAG. – 2015. – Режим доступу до ресурсу: http://www.ibag.se/download/Catalogue.pdf.
125. Setco Smart Spindles Motorized Closed Loop System. [Електронний
ресурс]. – 2003. – Режим доступу до ресурсу:
http://www.setco.com/_setco/assets/File/Literature/S_0009_170_Motorized_CNC_Spin
dle.pdf.
126. Sandvik Coromant. Rotating tools 2015. [Електронний ресурс]. – 2015. – Режим доступу до ресурсу: http://sandvik.ecbook.se/se/en/rotating_tools_2015.
127. Modular clamping technology. Ott-Jakob GmbH & Co. Spanntechnik KG Industriestr [Електронний ресурс]. – 2010. – Режим доступу до ресурсу:
http://www.ott-jakob.de/images/katalog_e.pdf.
128. Pascal work clamping system machine tool system [Електронний ресурс]
// 1. – 2008. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.pascaleng.co.jp/english/product_aw/pdf/pa-346e.pdf.
129. Tool Clamping Systems. 125. Tool Clamping Systems. Cataloge RÖHM GmbH [Електронний ресурс]. – 2013. – Режим доступу до ресурсу:
http://www.roehm.biz/fileadmin/content/pdf/products/en/Tool_clamping_systems_en_2
012_web.pdf.
130. CyMill•CySpeed [Електронний ресурс] // CyTec Zylindertechnik GmbH.
– 2006. – Режим доступу до ресурсу:
ДОДАТОК А
Рис. А.1. ІЗП з хвостовиком типу HSK
Рис. А.2. Цанга для втягування ІЗП ЗМ типу SK
