Отзыв_Козочкин_М.П. (Разработка методов расчета статических и динамических характеристик шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими опорами)

В диссертационный советД 212.141.03 при Московскомгосударственномтехническом университетеим. Н.Э. Бауманапо адресу: 105005, г. Москва,2-я Бауманская ул., д.5ОТЗЫВна автореферат и диссертацию Пошехонова Романа Александровича на тему«Разработка методов расчета статических и динамических характеристик шпиндельных узловсо сферическими аэростатическими опорами»,представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности01.02.06 – “Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры”Актуальностьработысостоитвтом,чтовнастоящеевремясозданиеультрапрецизионных станков для наноразмерной обработки резанием деталей для машино- иприборостроения требует научного обоснования и всестороннего численного моделирования. Вчастности, необходимо обеспечить точное движение шпиндельного узла в широком диапазонеугловых скоростей вращения и размеров деталей.

В диссертационной работе Пошехонова Р.А.поставлена и решается задача разработки методов проектирования шпинделей на сферическихгазовых опорах. В результате проведенных исследования автором предложены методикирасчёта эксплуатационных характеристик ультрапрецизионных аэростатических шпиндельныхузлов со сферическими пористыми опорами, которые используются в инновационных станкахдля механической и лазерной обработки изделий ответственного назначения.Практическая значимость диссертации заключается в том, что разработанные авторомметодики уже внедрены в процесс проектирования и оптимизации опытно- промышленныхаэростатических шпиндельных узлов со сферическими опорами на ультрапрецизионныхстанках алмазного фрезерования, точения, шлифования в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ», а также внедрены в учебный процесс МТГУ им.

Н.Э. Баумана. На созданных станках саэростатическими шпиндельными узлами, реализован ряд новых технологий, обеспечивающихнаноразмерную шероховатость, в том числе при:- алмазном точении заготовок из цветных металлов позволяет получать Ra 4…6 нм;- точении закалённой стали позволяет получать Ra не более 60 нм;- квазипластичной лезвийной обработке хрупких материалов с Ra 1 нм для нелинейнооптических кристаллов и с Ra менее 11 нм для кварца.Научная новизна и научная значимость: обусловлены тем, что автор разработалкомплексную модель сферических аэростатических опор, позволяющую вести динамические1расчеты установленного на них шпиндельного узла. Данная модель впервые позволяет учестьвлияние на эксплуатационные характеристики шпиндельного узла параметров конструкции иособенностей поддержания несущего газового слоя, в том числе:- наддув через частично-пористую сферическую опорную поверхность;- наличие шести степеней свободы шпинделя, представленного в виде жёсткого тела;- наличие разных вариантов динамической неуравновешенности шпинделя;- перекрёстные зависимости радиальных и осевых реакций сферических аэростатическихопор от смещений и скоростей шпинделя;- режим демпфирования тонкого слоя и гироскопические силы.Достоверность разработанных моделей основана на применении описанных другимиавторами моделей газовых опор скольжения и на проведённой экспериментальной проверке.Элементами научной новизны являются предложенные экспериментальные методикиисследований шпиндельных узлов со сферическими аэростатическими опорами и методикичисленного моделирования в современных программных комплексах MATLAB и Comsol.Научноезначениеэкспериментальныхимеютисследований,подробнокоторыеописанныемогутвбытьприложениииспользованырезультатыдругимиисследователями сферических аэростатических опор.Соискателем выполнены следующие задачи:1.

Разработаны математические модели для расчёта радиальных и осевых опорныхреакций сферических аэростатических опор с частично пористыми стенками при заданныхкинематических условиях.2. Создана модель динамики шпинделя на двух сферических аэростатических опорах,использующая расчёт реакций аэростатических опор.3. Проведено экспериментальное исследование шпиндельных узлов двух моделей, длячего были предложены и опробованы методики измерения их важнейших параметров, а такжестатических и динамических эксплуатационных характеристик.Для проверки достоверности разработанных моделей автором проделана большаяэкспериментальная работа на шпиндельных узлах двух моделей:Для первой модели узла НШУС 110 измерены следующие величины:- жесткость, демпфирования и частоты осевой, радиальной и угловой форм колебаний;- осевая статическая зависимость перемещений от силы;- проницаемость пористых ограничителей наддува,- сопоставлены четыре методики измерения зазора между сферическими опорнымиповерхностями.

Показано, что три из них (по смещениям при включённой и при выключеннойподаче воздуха и по кривой выбега) дают минимальную оценку зазора. Показано, чтоусреднённый зазор больше минимального на величину, сопоставимую с шероховатостью опорRz и может быть оценён сравнением расчётных номограмм с результатами измерений. В ходеиспытаний выявлены значительные дефекты опор, увеличивающие средний зазор и снижающие2жёсткость и вязкое сопротивление опор. Показано, что приемлемое совпадение расчётных иэкспериментальных характеристик можно получить только при снижении шероховатости опор.Анализ основных результатов и их обоснованностьОбщие замечания по выводам. Соискатель в разделе «Общие выводы по работе»подводит итоги, перечисляет разработанные модели, сравнивает их возможности, описываетвыполненные измерения для проверки адекватности моделей.В выводах показано, что имеющаяся погрешность расчётных и экспериментальныхрезультатовобусловленатем,чтореальныеопорыобладаютслишкомбольшойшероховатостью поверхностей, сопоставимой с величиной зазора.

В этом случае расчётныемодели, основанные на предположении об идеально гладких опорах, дают неизбежнуюпогрешность, которая, тем не менее, может быть приемлема в инженерной практике. Например,погрешность в 31 % для оценки собственной частоты колебаний шпинделя приемлема, еслиобеспечивается трехкратный запас относительно частоты вынужденных колебанийпри.

Однакотакой точности может быть недостаточно для комплексных динамических расчетов,оценивающих амплитуду колебаний и шероховатость поверхности.На основании результатов экспериментальных измерений предложены и обоснованытехнологические рекомендации по уменьшению шероховатости опорных поверхностей,которые позволят увеличить жёсткость и коэффициенты демпфирования рассматриваемыхшпиндельных узлов.Автор предлагает использовать методику и результаты измерения характеристикпроницаемости графита при проектировании аэростатических опор других типов.Сделанныевыводыподтвержденытеоретическимииэкспериментальнымиисследованиями, опирающимися на положения теории газовой смазки, разделы теоретическоймеханики, теории резания, методы динамических расчетов, статистическую обработкурезультатов и технологии планирования экспериментов.Общая оценка научных положений, выводов по работе и предложенных практическихрекомендации свидетельствует о том, что соискатель достиг поставленной цели разработкиметолов контроля статических и динамических характеристик шпиндельных узлов сосферическими аэростатическими опорами.

Диссертационная работа Пошехонова РоманаАлександровичаявляетсязаконченнойнаучнойработой,содержитдостоверныеиобоснованные выводы и решает актуальную техническую задачу, имеющую научную ипрактическую значимость. Поэтому работа Пошехонова Романа Александровича соответствуетп.9 «Положения о порядке присуждении ученых степеней» ВАК.Структура работы: основная часть диссертации содержит введение, 5 глав, выводы изаключение и изложена на 143 страницах.

Приложение состоит из 7 частей.3В главе 1 описаны передовые ультра-прецизионные технологии, уже реализуемые настанках российского производства, оснащённых шпиндельными узлами со сферическимиаэростатическими опорами, которые были разработаны благодаря созданным расчётныммоделям. Показано отсутствие в литературных источниках расчетных моделей для подобныхшпиндельных узлов, что и определило цель работы и задачи исследования.Вглаве2предложенонесколькометодикрасчётасостояниясферическихаэростатических опор, отличающихся принятыми физическими допущениями. Вычисленияпроводятся методом конечных элементов в программах Comsol и MATLAB.В главе 3 представлена математическая модель динамики жёсткого шпинделя с 6-юстепенями свободы, реализованная численно в векторно-матричном виде в программеMATLAB.Описанаметодикамодальногоанализанаоснованиилинеаризованнойдинамической модели.Глава 4 посвящена экспериментальному определению статических и динамическихсиловых характеристик шпиндельных узлов, а так же выработке методик идентификацииспецифических параметров: проницаемости пористых вставок; минимального зазора h0сферических аэростатических опор, определяющего допускаемые смещения; усреднённогозазора, влияющего на жёсткость и вязкость опор.В главе 5 сопоставлены расчётные и экспериментальные характеристики узла РТШ 020.Усредненный зазор предложено определять с помощью расчетно-экспериментальной методики.Проведены расчеты динамических характеристик шпиндельного узла.В Приложении П.