УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ШПИНДЕЛЬНОЙ ГРУППЫ ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

Полезная модель относится к области станкостроения, в частности к вертикальным фрезерным станкам, и предназначена для определения статической угловой податливости шпиндельной группы станка для использования данной величины в расчетах угловых упругих деформаций технологической системы.
Как правило, в паспортах на фрезерные станки прописываются податливость или жесткость элементов технологической системы только в направлении координатных осей станка x, y, z:
i
i
где δ - упругие перемещения в направлении i-ой оси (i=x, y, z); P - составляющая сила резания в направлении i-ой оси.
Но кроме осевых упругих перемещений, которые зависят от осевых податливостей (жесткостей) в процессе механической обработки, элементы технологической системы испытывают еще и угловые упругие перемещения, которые определяются угловыми податливостями вокруг осей x, y, z:
i
i
где δχ - угол поворота вокруг i-ой оси (i=x, y, z); M - момент от составляющих силы резания вокруг i-ой оси.
А угловые податливости элементов технологической системы отсутствуют в паспортах. Кроме того, осевые и угловые податливости станков даже одной марки будут отличаться в связи с различными факторами: техническими требованиями, степенью износа станка и т.п. Поэтому для каждого конкретного станка необходимо знать угловые податливости для выполнения проектных расчетов по точности выполняемой обработки. Таким образом, необходим простой способ замера данной величины, как в лабораторных, так и в производственных условиях.
Наиболее близкой к заявленной установке является установка для определения угловой податливости элементов технологической системы фрезерного станка ГФ2171С5, содержащая крестовину со шпонкой, установленную в направляющей закрепленной со столом станка, два индикатора часового типа, и гири 10 и 20 кг. Данная установка выполнена на базе фрезерного станка модели ГФ2171С5 (Пименов Д.Ю. «Экспериментальное определение податливостей элементов технологической системы фрезерного станка ГФ2171С5», Металлообработка. 2009. №6. С.54-57).
Недостатками указанной установки являются:
- ненадежное закрепление гири на крестовине - она не зафиксирована;
- направляющая втулка крестовины должна быть закреплена относительно стола станка;
- тарировка данной установки при использовании гирь 10 и 20 кг неудобна и требует последовательного снятия и установки этих весов.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции и усовершенствование схемы тарировки и нагружения установки для получения тарировочных графиков угловых податливостей фрезерных станков.
i
1
1
Поставленная задача достигается тем, что установка для определения угловой податливости шпиндельной группы металлорежущего станка содержит установленный в направляющей втулке рычаг, соединенный разъемным шпоночным соединением с режущим инструментом станка, и два электронных индикатора, закрепленных посредством двух штативов на столе станка и установленных по оси х или y на расстоянии L друг от друга, равном диаметру торцовой части режущего инструмента станка. В рычаге выполнены на расстоянии L=i·L/n от оси вращения рычага одно или несколько отверстий, для фиксации болтом, гайкой и шайбой подвешенного на него троса с грузами, где L - длина участка рычага, n - количество отверстий, i=1, 2,…, n.
1
Согласно полезной модели, изгибающий момент заданной величины создается протарированным тросом с грузами, закрепленными на фиксированном расстоянии L от оси вращения рычага.
Технический результат заключается в упрощении процесса тарирования рычажной системы и определения угловой податливости металлорежущего станка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг.1 и 2). На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 результаты эксперимента по определению статической угловой податливости подсистемы 1 «шпиндельной группы» фрезерного станка.
1
1
1
1
1
Заявляемая установка для определения угловой податливости элементов технологической системы фрезерного станка содержит станок, включающий в себя шпиндельный узел 1, с установленным в оправке инструментом 2, стол станка 3 с двумя электронными индикаторами 4, установленными в направлении поперечном оси вокруг которой измеряется угловая податливость, рычаг 5, установленный в направляющей втулке 6, соединенной с инструментом с помощью разъемного шпоночного соединения 7, в которой на расстоянии L (равном L, L/2 или L/4) от оси вращения рычага выполнено несколько отверстий, где в одном из них фиксируется болт гайкой и шайбой 8 с подвешенными на него тросом 9 с грузами 10. Согласно полезной модели, изгибающий момент заданной величины создается протарированным тросом с грузами, закрепленными на фиксированном расстоянии L от оси вращения рычага.
1
Работа осуществляется следующим образом. На установке производится тарирование рычажной системы с применением электронных индикаторов и трех грузов. Производится построение графика зависимости значений индикатора от веса груза. Определяется величина изгибающего момента произведением величины вес груза на плечо равное L. Затем производится тарирование рычажной системы. После этого установка нагружается грузами различными весами P=10 и 20 кг, создавая тем самым требуемую величину изгибающего момента:
1
2
Для изменения величины момента при тех же значениях груза возможно закреплять трос с грузами на различных расстояниях от оси вращения рычага - L1. При этом снимаются показатели электронных индикаторов dz и dz установленных на расстоянии L друг от друга. Через значения двух электронных индикаторов определяется величина угла поворота шпиндельного узла станка χ по формуле:
Производится построение графика зависимости угла поворота шпиндельного узла от величины изгибающего момента.
Угловая податливость определяется по формуле (2) с учетом (3):
В качестве примера приведены результаты определения угловой податливости вертикально-фрезерного станка с ЧПУ ГФ2171С5.
Результаты экспериментов по определению статической угловой податливости представлены на фиг.2. Зависимость угла поворота шпинделя получена для разных значений изгибающего момента. Различные величины изгибающего момента M=35, 70 и 150 Нм получены при нагружении установки грузов 10, 20 и 40 кг на расстоянии L=350 мм от оси вращения рычага. Углы поворота шпиндельного узла определяются согласно формуле (4), угловая податливость согласно формуле (5). В таблице показаны значения изгибающего момента, углов поворота и угловой податливости для данного примера.
Таблица
Угловая податливость «шпиндельной группы»
Изгибающий момент, М, Нм
Перемещение точки 1, dz<sub>1</sub>, мкм
Перемещение точки 2, dz<sub>2</sub>, мкм
Расстояние между точками 1 и 2, L, мм
Угол поворота, χ, 10<sup>-3</sup> рад
Угол поворота, χ, 10<sup>-3</sup> град
Поворотная податливость подсистемы 10<sup>-6</sup>рад/Нм
0
0
0
105
0
0
0
35
-5,5
9
105
0,1381
7,914
3,944322
70
-9
20
105
0,27619
15,828
3,944322
150
-14
37
105
0,48571
27,835
3,348687
XZ1
-6
Таким образом, угловая податливость «шпиндельной группы станка» составила ξ-3,3·10рад/Нм.