Компоновка высокоскоростного оборудования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9

Д. С. РЕЧЕНКО Ц А. Ю. ПОПОВ Ь-

Омский государственный технический университет

КОМПОНОВКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Обработка труднообрабатываемых материалов со скоростями резания свыше 120 м/с требует проектирования и создания высокоскоростного оборудования, предназначенного для производительной обработки и получения качественных поверхностей деталей машиностроения. Существующие компоновки металлорежущего оборудования не способны обеспечивать возможность безопасной высокоскоростной обработки. Поэтому необходимо создание принципиальной схемы компоновки.

Ключевые слова: компоновка, высокоскоростное оборудование, высокоскоростная обработка.

Повышение требований к качеству станков в связи с общим повышением точности в машиностроении, изготовлением деталей из труднообрабатываемых сплавов, появлением новых инструментальных материалов, а также совершенствование программного управления заставляет искать пути повышения качества компоновок как важного слагаемого качества станков.

Вместе с тем применение в станках раздельных приводов, в том числе с программным управлением, внедрение направляющих качения, гидростатических направляющих и других элементов конструкций открывает широкие возможности совершенствования традиционных и создания новых компоновок.

В литературе мало работ, посвященных вопросам компоновок станков. В науке о металлорежущих станках имеется недостаточно исследованная область, касающаяся одной из самых ответственных стадий проектирования станков — стадии построения компоновки. Эту стадию эскизного проектирования выполняют наиболее квалифицированные конструкторы, которые руководствуются в основном опытом и интуицией. Отставание в разработке теории компоновок металлорежущих станков имеет свои причины. Первая причина — взгляд на основные компоновки универсальных станков как на нечто незыблемое, само собой разумеющееся, не подлежащее изменению. Этот взгляд основан на традициях. Вторая причина заключается в отсутствии языка исследований — способа обозначения любых компоновок. Существующая система обозначения моделей универсальных и специальных станков преследует другие цели и в качестве языка исследования компоновок не может быть использована. Третья причина заключается в сложности и многогранности вопросов, возникающих при обосновании построения компоновки, в трудности формализации многих интуитивных представлений, которыми руководствуются при этом ведущие конструкторы, руководители бюро и главные конструкторы СКВ и заводов. Вместе с тем эта причина в отечественном станкостроении диктует необходимость формализации проектирования с последующей автоматизацией его с помощью ЭВМ.

Еще одна причина заключается в известной неопределенности и неоднозначности самого понятия компоновки станка. Это понятие часто ассоци-

ируется с технологической схемой построения станка, кинематической структурой, несущей системой, наконец, просто с конструкцией станка. Между тем компоновка-категория, соответствующая определенной стадии эскизного проектирования, следующей за разработкой технологической схемы и обоснованием технических характеристик. Она предшествует разработке конструкции узлов.

Отражая кинематическую структуру станка, компоновка не подменяет последнюю и требует при построении решения вопросов, выходящих за пределы кинематики. В зависимости от сложности и других особенностей кинематики станка построение компоновки выполняют до или после разработки кинематической схемы.

Компоновка — это система расположения узлов и управляющих станка, отличающаяся структурой, пропорциями и свойствами. Станки с различными конструкциями узлов (сборочных единиц) могут иметь одинаковые компоновки, и, наоборот, станки с одинаковыми конструкциями основных узлов (например, с агрегатными силовыми головками) могут иметь различные компоновки. Поэтому понятия конструкции и компоновки не следует отождествлять. Более того, в целях повышения качества станка на всех этапах его проектирования необходимо, чтобы на стадии построения компоновки были бы выделены и проанализированы чисто компоновочные факторы качества. Для этого факторы, относящиеся к компоновке, должны быть по возможности отделены от факторов, связанных с последующей разработкой конструкции узлов.

Построение компоновки станка имеет свои последовательные ступени, или этапы. Основополагающим этапом является разработка технологической схемы построения станка, когда в соответствии с технологической задачей определяют необходимый состав рабочих и установочных движений, число шпинделей, степень универсальности станка, форму (параллельная или последовательная) централизации обработки, число рабочих и загрузочных позиций и т. д. Результатом этого этапа является схема, которая может быть названа технологической компоновкой.

Теория координатной, базовой и конструкционной компоновок, так же как теория размерных пропорций компоновки, пока не разработана. Имеется

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Рис. 1. Схема компоновки высокоскоростного станка:

1 - станина, 2 - поперечный стол, 3 - продольный стол, 4 - поворотная передняя бабка,

5 - задняя бабка, 6 - шпиндель детали, 7 - станина, 8 - стойка, 9 -консоль,

10 - поворотная высокоскоростная головка, 11 - шпиндель шлифовального инструмента

существенный разрыв между научными знаниями по теории технологических компоновок и научно обоснованными методами расчета и проектирования кинематических цепей, сборочных единиц и деталей станков. Восполнить этот разрыв могла бы теория компоновок— компонетика станков.

Теория компоновок могла бы оказать существенную помощь конструкторам на самой ответственной стадии проектирования и в конечном счете содействовать повышению качества станков. Эта теория смогла бы ответить на вопрос, является ли фатальной неизбежностью бесконечный рост типажа станков, указать пути совершенствования компоновок проектируемых станков и области оптимального использования существующих компоновок, ответить на многие другие вопросы, связанные с задачами интенсификации производства и повышения качества изделий. Одной из конечных целей теории компоновок может стать автоматизация проектирования компоновок с помощью ЭВМ.

Создание теории компоновок металлорежущих станков требует усилий многих людей и значительного времени. Первоочередными задачами в создании теории компоновок являются, по-видимому, разработка языка исследований и определение, компоновочных факторов качества. Первая задача предусматривает нахождение такого способа записи любых компоновок станков, который имел бы структурную основу и некоторые математические свойства, это позволило бы использовать такого рода язык не только для обозначения компоновок, но и в качестве инструмента исследований. Без этого нельзя анализировать различные структуры компоновок, исследовать совокупность уже существующих и возможность появления новых компоновок. Вторая задача — выделения компоновочных факторов качества —

связана с необходимостью сравнения компоновок и повышения их качества. Отчетливое выделение и количественное выражение компоновочных факторов необходимы при расчетах компоновки в целях анализа влияния этих факторов на статические и динамические характеристики качества, а также в целях оперирования ими при оптимизации размеров и пропорций компоновки. Формализация компоновочных факторов могла бы стать существенным шагом к автоматизации проектирования компоновок.

Несмотря на существенное различие, эти две задачи не являются несовместимыми. Компоновочные факторы качества могут содержаться в самой структуре компоновки, а проявление структурных свойств зависит, в свою очередь, от реализации компоновочных факторов. Поэтому решения обеих задач призваны дополнять друг друга [ 1].

Шлифование является одной из ключевых технологий современного машиностроительного производства, которая, благодаря новым разработкам в области создания шлифовальных материалов и инструментов, а также новейшего технологического оборудования оснащенного многокоординатными устройствами ЧПУ, в последние годы получило качественное развитие. Шлифованию подвергают детали из материалов, которые экономически нецелесообразно или невозможно обрабатывать лезвийным инструментом (стали после закаливания или химико-термической обработки, никелевые суперсплавы, тугоплавкие металлы и сплавы, керамики, твердые сплавы, и др.). В последнее время стали появляться новые твердые сплавы для режущего инструмента, позволяющие обрабатывать закаленные и труднообрабатываемые материалы. Поэтому для обеспечения конкуренции лезвийному инструменту, шлифовальные операции должны так же обеспечивать высокую эффективность обработки.

Эффективность процесса шлифования значительно увеличивается с повышением скорости резания, так как меняется механизм изнашивания шлифовальных зерен. Повышение скорости резания свыше 120 м/с позволяет достигать остроты шлифовальных зерен, с радиусом округления при вершине режущей грани, менее 0,1 мкм. Эффект повышения остроты зерен наблюдается при повышенных скоростях резания, но достижение таких скоростей весьма проблематично. Повышение скорости резания свыше 100 м/с приводит и к негативным явлениям, таким как: повышенные вибрации, прохождение резонансных зон технологической системой, уменьшение ресурса подшипников и других подвижных узлов и т.д. Данные явления и особенности процесса высокоскоростного шлифования определяют принципиальную схему компоновки высокоскоростного оборудования (рис. 1).

На приведенной схеме показана принципиальная особенность конструкции — это узлы высокоскоростной головки и привода детали установлены на разных основах, но движения детали и шлифовального круга взаимосвязаны. Установка этих узлов на разные основы позволяет демпфировать выб-роперемещения технологической системы и предот-

вратить поломку узлов привода детали, в случае выхода из строя высокоскоростной головки при отрыве шлифовального элемента.

Библиографический список

1. Врагов, Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков [Электронный ресурс].—Режим доступа: http://www.aut.owel-ding.ru/publ/ 1/metallorezhushhie_staпki/1/14-1-0-71.

РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, ассистент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».

Адрес для переписки: e-mail: rechenko-denis@mail.ru ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты».

Адрес для переписки: e-mail: popov_a_u@list.ru

Статья поступила в редакцию 31.05.2010 г.

© Д. С. Реченко, А. Ю. Попов

УДК 622.276.7 В. А. ПЕННЕР

А. П. МОРГУНОВ

Омский государственный технический университет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО КОНТРОЛЮ, РЕМОНТУ И ВОССТАНОВЛЕНИЮ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ И ШТАНГ К НАСОСАМ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ___________________________________________________

Представлен проект технологического комплекса по ремонту и восстановлению насоснокомпрессорных труб и штанг к насосам. Определён состав основного и вспомогательного оборудования. Разработана структурная схема подготовки насосно-компрессорных труб и штанг к повторному использованию.

Ключевые слова: насосно-компрессорная труба, ремонт, контроль.

В настоящее время в нефтедобывающем секторе экономики большое значение приобретает необходимость повторного использования в производстве добычи углеводородного сырья насосно-компрессорных труб (НКТ) и штанг к насосам, что в конечном итоге снижает себестоимость затрат на добываемую нефть. Организация производства по подготовке к повторному использованию насосно-компрессорных труб и штанг к насосам снимает также часть экологических проблем и, как следствие, расходов на их ликвидацию.

Для решения данной проблемы предлагается технологический комплекс по подготовке к повторному использованию НКТ и штанг (рис. 1), который разработан с учётом использования в производстве современного высокопроизводительного оборудования отечественного и импортного производства, новейших систем контроля и управления технологическими процессами [1].

Ремонтно-восстановительные работы НКТ и штанг проводятся в стационарных цеховых условиях с набором необходимого технологического оборудования —

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ