СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА Российский патент 1999 года по МПК B23B25/06 G01M13/02 

Изобретение относится к области металлорежущего оборудования и, в частности, к проведению диагностики шпиндельных узлов станков.

Известен способ диагностирования механизмов станков (аналог) [1], включающий нагружение узла статическим приложением усилия, имеющего по величине случайный характер, и изменение деформации.

Известен способ диагностирования механизмов машин [2], включающий многократное нагружение узла с изменением точки приложения нагрузки и измерение деформации. К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что:
- способ позволяет определять деформацию в линейном направлении, когда, как известно, механизмы машин и в том числе шпиндель имеют пространственное нагружение, а следовательно, и пространственную деформацию;
- способ предлагает изменять нагружающую силу случайным образом по закону равной вероятности, но нагрузки, действующие на шпиндель, не подчиняются этому закону, а имеют функциональную зависимость от режимов резания, материала заготовок, геометрии резца и других второстепенных факторов;
- в качестве диагностической величины используется только одна величина - прогиб, который ни в коей мере не может характеризовать точность изготовляемой детали, потому что для этого нужно иметь ряд параметров точности.

Наиболее близким к изобретению является способ для испытания шпиндельных узлов, описанный в авторском свидетельстве SU N 1703268, кл. B 23 B 25/06, 1992 на "Стенд для испытания шпиндельных узлов", согласно которому прикладывают внешнюю нагрузку к оправке, установленной в шпинделе, измеряют расстояние от поверхности оправки до датчиков перемещения, расположенных в двух поперечных сечениях оправки на заданном расстоянии между сечениями, и сигналы от датчиков передают и обрабатывают в ЭВМ.

Недостатком ближайшего аналога является то, что внешняя нагрузка недостаточно полно отражает технологическую ситуацию, возникающую при обработке детали резцом. Кроме того, отсутствует оценка параметрической надежности шпиндельного узла, определяемой по различным параметрам точности.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности измерений, а также расширении технологических возможностей при проведении диагностики шпинделей путем определения "геометрического образца" обрабатываемой детали в трехмерном пространстве, создании реальных нагрузок при точении оправки и получении ряда параметров точности.

Задача решается за счет того, что в способе диагностики шпиндельного узла, включающем приложение внешней нагрузки к оправке, установленной в шпинделе, и измерение расстояния от поверхности оправки до датчиков перемещения, расположенных в двух поперечных сечениях оправки на заданном расстоянии между сечениями, оправку обрабатывают резцом, а в качестве датчиков перемещения используют бесконтактные датчики, по сигналам которых определяют поперечные сечения оправки в местах установки датчиков перемещения, по которым определяют "геометрический образ" оправки в трехмерном пространстве после обработки оправки резцом, оценивают для полученного "геометрического образа" погрешность радиального размера, геометрической формы, суммарную погрешность формы и относительное расположение поверхностей в радиальном и торцевом направлениях, отклонение от цилиндричности и по результатам оценки определяют параметрическую надежность шпиндельного узла.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 изображена схема устройства для диагностики шпиндельных узлов по параметрам точности.

На фиг. 2 изображен "геометрический образ" в поперечном сечении и в трехмерном пространстве.

Устройство содержит две пары бесконтактных датчиков 1, оправку 2, усилительно-преобразующую аппаратуру 3, персональный компьютер 4 и устройство вывода информации 5. Бесконтактные датчики 1 устанавливаются в два кольца 6, которые закрепляются неподвижно на станине 7 испытываемого станка 8. Датчики 1 в каждом кольце 6 установлены под углом 90^o друг к другу соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскости. Оправка 2 закрепляется в конусном отверстии шпинделя 9 станка 8. Поверхности оправки 2, которые взаимодействуют с датчиком 1, обработаны с особой точностью. Средняя часть оправки 2 предназначена для точения резцом 10. Сигналы от всех четырех датчиков 1 поступают в усилительно-преобразующую аппаратуру 3, откуда поступают в компьютер 4. Твердые копии выдает устройство вывода информации 5.

Устройство работает следующим образом. После подготовки оборудования и аппаратуры к работе, а также выбора режимов испытаний, включают станок 8 и начинают обработку средней части оправки 2 на выбранном режиме. В процессе резания материала производят измерения. Сигналы от датчиков 1 поступают в усилительно-преобразующую аппаратуру 3, где они усиливаются и подвергаются предварительной обработке, после чего они поступают в компьютер 4, где производятся окончательная обработка сигналов и построение траекторий 11 оси оправки 2 в двух сечениях, соответствующих сечениям установки датчиков 1. В процессе обработки оправки 2 на станке 8 ось ее совершает переносное движение, описываемое траекторией 11. Сама оправка 2 вращается относительно своей оси и совершает относительное движение. В результате сложения этих двух движений вершина резца 10 описывает на поверхности оправки 2 некоторую кривую, которая формирует "геометрический образ" 12 обработанного сечения, рассчитываемый по формуле

где
ρ_A - радиус-вектор, проведенный в точку A, лежащую на траектории;
х_B - расстояние от вершины резца до идеальной оси вращения оправки;
ϕ_i - текущий угол.

Под действием силы резания оправка 2 изгибается, в результате "геометрический образ" 13 в сечении левого кольца 6 будет отличаться от "геометрического образа" 14 в сечении правого кольца 6. Форма обеих "геометрических образов" будет подобная, но размеры правого 14 будут больше размеров левого 13. Программное обеспечение позволяет производить построение на экране дисплея "геометрического образа" в трехмерном пространстве, после чего определяется ряд показателей точности обработанной оправки к которым относятся:
погрешность радиального размера
П_p.p = Д_х/2;
погрешность геометрической формы (овальность)
П_о = Д_х+Д_y/4;
суммарная погрешность формы и относительного расположения поверхностей (биение):
в радиальном направлении
П_бр =Д_х,
в торцевом направлении, максимальная:
П_бт = Д_х14•E/L,
где
E - изгиб оси детали;
погрешность отклонения от цилиндричности
П_к = Д_х14-Д_х13/4.

Полученный ряд показателей точности полностью характеризует точность изготавливаемых деталей и он может быть сравнен с показателями, рекомендуемыми ГОСТ. На основе этих сравнений можно сделать заключение о параметрической надежности испытываемого станка.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 1502207, кл. B 23 B 25/06, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 1612218, кл. G 01 M 13/02, B 23 B 25/06, 1990.

Изобретение предназначено для проведения диагностики шпиндельных узлов металлорежущих узлов. Техническим результатом является повышение точности измерений, а также расширение технологических возможностей при проведении диагностики шпинделей путем определения "геометрического образа" обрабатываемой детали в трехмерном пространстве, создание реальных нагрузок при точении оправки и получение комплекта параметров точности. Способ согласно изобретению реализуется следующим образом. После выбора режима испытаний станок включается и производится обработка средней части оправки резцом. Сигналы от датчиков перемещения, расположенных в двух поперечных сечениях оправки, поступают сначала в усилительно-преобразующую аппаратуру, а потом в компьютер, где производится построение траектории оси оправки в двух сечениях. В результате движения вершина резца описывает на поверхности оправки некоторую кривую, которая формирует "геометрический образ" обработанного сечения. Программное обеспечение позволяет производить построение на экране дисплея "геометрический образ" в трехмерном пространстве, по которому определяют целый комплект параметров точности обработанной оправки. 2 ил.

Способ диагностики шпиндельного узла, включающий приложение внешней нагрузки к оправке, установленной в шпинделе, и измерение расстояния от поверхности оправки до датчиков перемещения, расположенных в двух поперечных сечениях оправки на заданном расстоянии между сечениями, отличающийся тем, что оправку обрабатывают резцом, в качестве датчиков перемещения используют бесконтактные датчики, по сигналам которых определяют поперечные сечения оправки в местах установки датчиков перемещения, по которым определяют геометрический образ оправки в трехмерном пространстве после обработки оправки резцом, оценивают для полученного геометрического образа погрешность радиального размера, геометрической формы, суммарную погрешность формы и относительное расположение поверхностей в радиальном и торцевом направлениях, отклонение от цилиндричности и по результатам оценки определяют параметрическую надежность шпиндельного узла.