СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ ПО ПАРАМЕТРАМ ТОЧНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B23Q15/00 B23B25/06 

Изобретение предназначено для использования на предприятиях металлообрабатывающей промышленности, в частности, для диагностики токарных станков по параметрам точности.

Известен стенд для испытания шпиндельных узлов (см. SU авт. св. 1703268 A1, кл.B 23 B 25/06, 1992), содержащий оправку, устанавливаемую при испытании на переднем конце шпинделя, датчики перемещения для измерения радиального биения, расположенные в двух передних сечениях, и отметчик угла поворота шпинделя. К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что
испытания проводятся при имитации внешней нагрузки, что не может соответствовать процессам, происходящим при реальном резании;
радиальное биение, измеренное несколькими датчиками, не позволяет произвести расчет регламентированных показаний точности, так как авторы не строили траекторию оси шпинделя и не имели методики построения по ней "геометрического образа";
поскольку испытывается только шпиндель, то нет возможности определить регламентированные показатели точности станка.

Наиболее близкими по технической сущности являются способ и устройство для диагностики токарных станков по параметрам точности (см. SU авт. св. 1726204 A2, кл. B 23 Q 15/00, 1992). К основным недостаткам названных технических решений следует отнести сравнительно низкую точность измерений и недостаточные технические возможности.

Технической задачей является повышение точности измерений, а также расширение технических возможностей при диагностике токарных станков по параметрам точности.

Технический результат в способе диагностики токарных станков по параметрам точности достигается тем, что задний конец шпинделя соединяют с отметчиком угла его поворота, а на переднем конце шпинделя устанавливают оправку, которую обрабатывают резцом по выбранным режимам резания. При этом на станине станка предварительно закрепляют микрометрическую линейку и две пары датчиков перемещения, которые размещают в двух поперечных сечениях оправки, а на резцедержавке устанавливают дополнительную пару датчиков перемещения вершины резца, связанных с микрометрической линейкой. В каждой из трех указанных пар датчики перемещения располагают под углом 90^o относительно друг друга.

В процессе обработки оправки для двух ее поперечных сечений с датчиков микрометрической линейки снимают показания перемещения вершины резца, а с датчиков, закрепленных на станине станка, - показания радиального биения оправки, которые заносят в память компьютера. Причем все указанные измерения осуществляют для определенного количества точек в процессе одного оборота шпинделя и для определенного числа оборотов шпинделя. Затем по результатам измерений строят траекторию движения оси оправки и траекторию движения вершины резца в двух плоскостях, на основе которых осуществляют построение геометрического образца обрабатываемой поверхности в трехмерном пространстве. По геометрическому образу определяют регламентированные параметры точности, сравнивают их с рекомендациями нормативно-технической документации, после чего делают заключение о параметрах надежности станка.

Технический результат в устройстве для диагностики токарных станков достигается за счет того, что оно снабжено отсчетчиком угла поворота шпинделя, соединенным с его задним концом, двумя парами датчиков перемещения, служащих для измерения радиального биения оправки в двух ее поперечных сечениях, а также микрометрической линейкой и связанной с ней дополнительной парой датчиков, предназначенных для измерения перемещения вершины резца в двух плоскостях. Причем две пары датчиков и микрометрическая линейка предназначены для размещения на станине станка, а пара дополнительных датчиков - для закрепления на резцедержавке. При этом в каждой из трех указанных пар датчики перемещения расположены под углом 90^o относительно друг друга.

На фиг. 1 изображена схема устройства для диагностики токарных станков по параметрам точности; на фиг. 2 изображены траектория оси и построенный по ней "геометрический образ" сечения, а также траектория вершины резца; на фиг. 3 изображен "геометрический образ" обработанной поверхности в трехмерном пространстве.

Устройство содержит оправку 3, закрепленную на переднем конце шпинделя 2 токарного станка. На станине токарного станка 1 закрепляют два кронштейна 4, в которые установлены бесконтактные датчики 5 перемещения, расположенные под углом 90^o друг другу. Датчики перемещения 5 подключаются к интерфейсу 6, который в свою очередь соединяется с компьютером 7. Задний конец шпинделя 2 соединен с отметчиком 8 угла поворота шпинделя. Кроме того, на станине токарного станка закрепляют две стойки 9, к которым крепится микрометрическая линейка 10, обработанная с высокой точностью. В резцедержавке 11 суппорта 12, кроме резца 13, закрепляют кронштейн 14, в котором установлены два бесконтактных датчика 15, расположенные под углом 90^o друг к другу.

Устройство работает следующим образом.

В процессе испытаний производят обработку оправки 3 резцом 13 на выбранном режиме чистовой обработки. Отметчик 8 угла поворота шпинделя 2 подает на интерфейс 6 и далее на компьютер 7 два сигнала. Один сигнал соответствует одному обороту шпинделя и служит сигналом к началу снятия показаний. Второй сигнал соответствует 1/120 оборота шпинделя и служит командой для снятия дискретных показаний датчиков 5 и 15, которые заносятся в память компьютера 7. После снятия дискретных показаний датчиков 5 и 15 для выбранного числа оборотов шпинделя 2 производят обработку экспериментальных данных с использованием методов математической статистики и построения траекторий оси 16 для двух поперечных сечений и вершины резца 17.

При механической обработке на токарном станке форма обрабатываемой поверхности образуется в результате взаимного перемещения заготовки и резца, при этом заготовка не только вращается, но ее ось движется по траектории 16. Результатом этих трех движений образуется "геометрический образ" обрабатываемой поверхности.

В основу математического определения "геометрического образа" закладывают формулу расстояния между двумя точками, лежащими на плоскости, которая для нашего случая имеет вид

где R_дет - радиус-вектор, описывающий "геометрический образ";
X_т и Y_т - координаты текущей точки, взятые с траектории 16;
X_р и Y_р - исходные координаты вершины резца;
смещения вершины резца относительно исходного положения.

Разработанная программа позволяет все расчеты производить на компьютере и выводить в наглядном виде на дисплей. В результате расчетов определяют два "геометрических образа" 18 в поперечном сечении обрабатываемой поверхности, которые смещены друг относительно друга, что является результатом деформации оправки под действием силы резания. В трехмерном пространстве производят построение двух "геометрических образов", рассчитывают и строят деформированную ось, после чего, используя траекторию 17 вершины резца, строят кривые, соответствующие образующим поверхности обработки. В результате получают трехмерное изображение "геометрического образа" 19 обработанной поверхности.

По "геометрическому образу" определяют регламентированные параметры точности, к которым относятся погрешность формы и взаимного расположения поверхностей (биение), погрешность размера, отклонение от цилиндричности и при необходимости другие. Сравнение полученных величин с рекомендациями нормативно-технической документации позволяет сделать заключение о параметрической надежности испытываемого токарного станка. Таким образом, использование способа диагностики токарных станков по параметрам точности и устройства для его осуществления позволяет расширить технические возможности при диагностике токарных станков по параметрам точности.

Изобретение предназначено для использования на предприятиях металлообрабатывающей промышленности при диагностике токарных станков по параметрам точности. В процессе обработки оправки 3, закрепленной на переднем конце шпинделя, для двух ее поперечных сечений с датчиков 15 микрометрической линейки 10 снимают показания перемещения вершины резца 13, а с датчиков 5, закрепленных на станине станка, - показания радиального биения оправки 3. После этого по результатам указанных измерений осуществляют построение траекторий движений вершины резца и оси оправки, на основе которых строят геометрический образ обрабатываемой поверхности. По этому геометрическому образу определяют регламентированные параметры точности станка, сравнивают их с рекомендациями нормативно-технической документации и делают заключение о параметрах надежности станка. В результате наблюдается повышение точности измерений, а следовательно, и расширение технических возможностей. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ диагностики токарных станков по параметрам точности, при котором на переднем конце шпинделя устанавливают оправку, после чего по выбранным режимам резания ее обрабатывают резцом, отличающийся тем, что предварительно задний конец шпинделя соединяют с отметчиком угла его поворота, на станине станка закрепляют микрометрическую линейку и две пары датчиков перемещения, которые размещают в двух поперечных сечениях оправки, а также устанавливают на резцедержавке дополнительную пару датчиков перемещения вершины резца, связанных с микрометрической линейкой, при этом в каждой из трех пар датчики перемещения располагают под углом 90^o относительно друг друга, после чего в процессе обработки оправки для двух ее поперечных сечений с датчиков микрометрической линейки снимают показания перемещения вершины резца, а с датчиков, закрепленных на станине, - показания радиального биения оправки, которые заносят в память компьютера, при этом все указанные измерения осуществляют для определенного количества точек в процессе одного оборота шпинделя, а также для определенного числа оборотов шпинделя, затем по результатам измерений строят траекторию движения оси оправки и траекторию движения вершины резца в двух плоскостях, на основе которых осуществляют построение геометрического образа обрабатываемой поверхности в трехмерном пространстве, по нему определяют регламентированные параметры точности, сравнивают их с рекомендациями нормативно-технической документации, после чего делают заключение о параметрах надежности станка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регламентированных параметров точности определяют погрешность размера, погрешность формы, а также суммарную погрешность формы и взаимного расположения поверхностей. 3. Устройство для диагностики токарных станков по параметрам точности, содержащее оправку, которая предназначена для установки на переднем конце шпинделя в процессе ее обработки по выбранным режимам резания, отличающееся тем, что устройство снабжено предназначенным для взаимодействия с задним концом шпинделя отсчетчиком угла его поворота, двумя парами датчиков перемещения, служащих для измерения радиального биения оправки в двух ее поперечных сечениях, а также микрометрической линейкой и связанной с ней дополнительной парой датчиков перемещения, предназначенных для измерения перемещения вершины резца в двух плоскостях, причем две пары датчиков и микрометрическая линейка предназначены для размещения на станине станка, а пара дополнительных датчиков - для закрепления на резцедержавке, причем в каждой из трех указанных пар датчики перемещения расположены под углом 90^o относительно друг друга.