ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

"Результат выполнения НИР".

Анализ процессов формообразования на станках различного технологического назначе­ния показывает, что основными выходными параметрами станка должны быть характеристики точности заданных движений формообразующих узлов станка. В последнее время получил большое распространение способ оценки суммарного влияния параметров траекторий рабочих органов станка на формирование так называемого "геометрического образа" обрабатываемой заготовки, позволяющего получить идеализированное представление о точностных возможно­стях станка. Вы­бор показателей для оценки качества шпиндельных узлов по параметрам точности зависит от требований, предъявляемых к обрабатываемым деталям, и от той доли, которую вносит шпин­дельный узел в образование погрешностей обработки. По разным данным на шпиндельные уз­лы приходится до 50 процентов погрешностей в общем балансе точности станка. Это объ­ясняет то, что в настоящее время вопросам определения траектории оси шпинделя стали уде­лять повышенное внимание. Выходные параметры шпиндельных узлов должны полностью ха­рактеризовать точность их формообразующих движений и оценивать отклонения от идеальных траекторий. Для вероятностной оценки поведения шпиндельного узла необходимо исследовать статистические характеристики параметров пространственных траекторий опорных точек, ко­торые являются результатом накопления отдельных реализаций. Отклонения реальных траек­торий связаны со смещением шпинделя под действием всего комплекса внешних и внутренних факторов и проявляются как случайные функции.

Измерение траекторий вращающегося шпинделя является сложной задачей по следую­щим причинам: высокая скорость вращения шпинделей сильно затрудняет измерения; невозможно использовать контактные измерительные средства; использование образцовых мер связано со сложностями их установки; движение оси шпинделя имеет очень сложный характер и сопровождается высоко­частотными колебаниями; требования к точности шпиндельных узлов очень высоки и часто бывают одного по­рядка с характеристиками точности измерительных приборов; погрешность формы поверхности шпинделя, с которой взаимодействуют измеритель­ные датчики, входит в общую погрешность измерения. Точность вращения шпинделя оказывает непосредственное влияние на составляю­щие точности изготовления детали, а именно: на точность размера обработанной поверхности; на точность геометрической формы обрабатываемой поверхности; на точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей относи­тельно друг друга; на волнистость поверхности. Установлено, что опыт измерения траекторий позволяет сформулировать основные требования к методу измерения траектории оси вращающегося вала:

-для измерения траектории шпинделя следует использовать только бесконтактные датчики, позволяющие работать с гарантированным зазором между ними и вра­щающимися поверхностями; минимальное количество датчиков должно быть не ме­нее двух, при этом они устанавливаются под углом 90° друг к другу;

-для снижения погрешности измерений целесообразно увеличивать количество датчи­ков;

-использование четырех датчиков, включенных дифференциально, на 50% снижает погрешность, которая возникает из-за допуска на измерительное кольцо;

-использование трех датчиков позволяет производить учет формы измерительного кольца;

-датчики должны устанавливаться на основании, которое не имеет внешней нагрузки и не находится в зоне тепловых потоков;

-несущая частота усилителя должна быть на два и более порядков выше скорости вращения шпинделя;

-измерительное кольцо, с которым взаимодействуют датчики, должно быть прочно закреплено на шпинделе, иметь однородное строение, обрабатываться в центрах шпинделя с точностью не меньшей, чем 0,1 мкм;

для тарировки датчиков должна использоваться совершенная измерительная техника с точностью отсчета 0,1 мкм.

Разработана и опробована методика измерения траектории оси шпинделя. Проводились экспериментальные исследования на токарном станке МК 3002 изготовленном на заводе «Красный Пролетарий». Диагностическая установка (см. рис.1) состоит из оправки 1, шпинделя 2, датчиков 3, резцедержателя 4, резца 5 и станины 6. В шпинделе передней бабки 2 станка устанавливается прецизионная оправка 1. Соединение ее со шпинделем осуществляется с помощью конуса Морзе. Оправка 1 изготовлена с высокой точностью: погрешности размера, овальности и биения не превышают 0,2 мкм. На оправке 1 закрепляется с помощью гайки обрабатываемая деталь. Такая конструкция позволяет устанавливать на прецизионной оправке 1 различные детали, которые обрабатываются резцом 5. На передней бабке 2 станка и его станине закрепляется кронштейн, который изготавливается из древесины твердых пород, что необходимо для исключения вредных наводок в датчиках перемещения 3. Два датчика перемещения 3 закрепляются в кронштейне под углом 90°друг к другу и своими наконечниками располагаются на расстоянии 2,5 мм от поверхности оправки 1.

Рис. 1. Диагностическая установка

Для измерений использовались вихретоковые датчики перемещения, которые хорошо себя зарекомендовали при измерениях на станках. Вихретоковые датчики перемещения соединяются с усилителем ИП-22 (см. рис.2), откуда сигналы подаются на катодный осциллограф С-8-17. На экране осциллографа в декартовой системе координат сигналы от датчиков представляются в виде плоской кривой, которая получила название траектория оси шпинделя или оправки. Одновременно сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный с ЭВМ. В ЭВМ имеется специальное программное обеспечение, позволяющее считывать траектории, хранящиеся в памяти машины или на магнитных носителях информации, и обрабатывать данные по нескольким параметрам. Испытания проводились в режиме реального резания: частота вращения шпинделяn=900 об/мин и глубинами резанияt=0,030,15 мм. Подача составлялаs=0,05 мм. В результате испытаний были получены в виде твердых копий траектории оси оправки для различных режимов обработки стальной заготовки. Из просмотра траекторий для случая обработки при постоянной частоте вращения шпинделяn=900 об/мин и подачеs=0,05 мм можно сделать вывод о том, что траектория оси шпинделя имеет наиболее плавную и близкую к окружности траекторию при обработке с глубиной резанияt=0,03 мм. При увеличении глубины резания на траектории возникают выбросы, которые являются результатом колебаний. Существующие нормативы, определяющие назначение режимов обра­ботки не учитывают требования к точности изделий, но обеспечивают наибольшую производительность. Поэтому требуется коррекция режимов с целью обеспечения регламентированной точности. Коррекцию осуще­ствляют, как правило, опытным путем посредством подбора режимов (в первую очередь значений t ,sи n), часто практически вслепую. Ис­пользование параметров траекторий оси шпинделя для ана­лиза точности позволяет обоснованно производить выбор режимов об­работки, обеспечивающих регламентированные показатели точности изделия.

Рис.2. Схема диагностической системы

Параметры траекторий шпинделя, полученные при резании с использованием разработанной методики позволяют быстро оценить точность размера, биение, точность формы и волнистость. При этом весьма высока наглядность изображения. Протарировав изображения траекторий на экране, мож­но, например, вывести на него положение границы области работоспо­собности для параметра "точность размера", что позволяет сразу су­дить о пригодности выбранных режимов обработки. Применение испыта­тельно-диагностического комплекса позволяет выводить на экран и получать в виде твердых копий информацию о каждом регламентированном параметре точности.