Экспериментальное исследование процессов, происходящих в подсистеме шпиндель-инструмент

THE STUDY OF THE STRUCTURE OF THE RESULTING POWDER BY THE METHOD OF R-SVS FOR VARIATION OF THE CONTENT OF FUEL IN ORIGINAL MIX

Abstract. In the present work, a study was conducted of the properties of the products of R-SVS, the system Cu-Cr-O, with the change of the quantity of fuel. Was conducted the study of complex oxides obtained as a result of synthesis, based on the considered data obtained by x-ray analysis and on electron beam microscope, a structured analysis.

Keywords: structural analysis, SHS mortar, nanosized powders, combustion solutions, complex oxides.

УДК 621.9:62-187:621.9.02-229

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ПОДСИСТЕМЕ ШПИНДЕЛЬ-ИНСТРУМЕНТ Казаков Андрей Александрович, студент

(e-mail: kazakova8080@mail.ru) Казакова Ольга Юрьевна, к.т.н., доцент Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия

Статья посвящена рассмотрению вопросов повышения точности при обработке, а именно: минимизации погрешностей конической части инструментальной оправки при автоматической смене инструментов, разработке рекомендаций по качеству изготовления конусов.

Ключевые слова: инструментальные оправки, смена инструмента, станок, точность обработки.

Погрешности базирования и закрепления инструмента в шпинделе станка, также упругие деформации, возникающие в подсистеме шпиндель-инструмент, радиальные перемещения от действия составляющей силы резания приводят к потере точности расположения инструмента, что может сказаться на точности обработки.

Цель проводимых экспериментальных исследований - выявление параметров, влияющих на точность расположения инструмента.

Для оценки влияния отдельных параметров системы автоматической смены инструментов на отклонения расположения размерно-настроенного инструмента был разработан и изготовлен стенд, моделирующий работу системы смены инструмента координатно-расточного станка.

Конструкция стенда, представленная на рис. 1, реализует моделирование работы отдельных элементов и механизмов шпиндельной сборочной единицы координатно-расточного станка в момент смены.

Модель изготовлена в полном соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к шпинделям высокоточных КРС классов А и С. Разработанная конструкция стенда позволила провести широкий диапазон исследований, связанных с изучением процесса смены инструмента в шпинделе применительно к внутренним конусам 40 конусности 7:24.

Конструкция стенда (рис. 1) позволяет исследовать процессы, происходящие в коническом стыке при широком варьировании конструктивных и эксплуатационных характеристик, что на реальном станке представляет большие трудности [1].

Стенд включает в себя: 1 - сборочная единица, моделирующая конусное отверстие шпинделя; 2 - измерительная инструментальная оправка; 3 - механизм захвата инструмента; 4 - механизм зажима; 5 - механизм затяжки; 6 - нагрузочное устройство; 7, 8 - индикаторы.

Сборочная единица, моделирующая конусное отверстие шпинделя 1 [2], представлена съемной фланцевой втулкой, что позволяет проводить исследования с оправками, имеющими разные конуса. Механизм захвата инструмента 3 имитирует параметры шарикового захвата инструмента, широко распространенного в конструкциях шпиндельных сборочных единиц высокоточных станков. Захват инструмента на стенде производится вручную.

Механизм зажима 4 состоит из пакета тарельчатых пружин, опирающегося на широкую гайку, навернутую на стакан. Усилие пакета пружин передается штоком, помещенным в стакане и соединенным с тягой.

Усилие затяжки инструмента регулируется перемещением гайки 5 механизма затяжки вдоль оси стакана.

Прикладывая радиальное усилие при помощи специального нагрузочного устройства 6 на конце измерительной оправки в точке, отстоящей от торца шпинделя на расстоянии 200 мм, что соответствует наиболее оптимальной длине расточных оправок, и, контролируя перемещения передней и задней частей конуса при помощи индикаторов часового типа 7 и 8, можно определить упругие смещения в коническом соединении подсистемы шпиндель-инструмент. Стенд позволяет изменять усилие затяжки, а также использовать конуса с прогнозируемыми погрешностями формы.

Разработанная конструкция системы АСИ позволяет провести исследования поведения инструмента под воздействием системы сил, действующих на него в момент закрепления в конусе шпинделя.

Работы на стенде выполнялись с целью изучения точности установки инструмента, определения углового положения инструмента в шпинделе станка.

а б в

Рисунок 2 - Оправки с инструментом

.  8

I

7

Рисунок 3 - Координатно-измерительная машина Дерби компании

ЭТАЛОН:

1-основание; 2- гранитная столешница; 3 - направляющие оси Y; 4 - мост; 5 - ручка фиксации контактного щупа; 6 - направляющая оси Z; 7 - X-Z каретка; 8 - кнопка настройки противовеса; 9 - включатель блокировки оси / настройка зацепления; 10 - контактный щуп; 11 - блок управления и VGA монитор; 12 - стенд (дополнительное оборудование); 13 - Z мышка; 14 - система подачи воздуха (в задней части) 15 - воздушные подшипники (не видимы); 16 - измерительная система (не видима); 17 - ножки выравнивания машины; 18 - противонаклонные болты; 19 - ножки выравнивания гранитной столешницы (не видимы); 20 - кнопка точной регулировки

На стенде были проведены исследования трех оправок 40 конусности 7:24, используемых на координатно-расточном станке: оправка с резцом

0 27...42 КУ408С (рис. 2, а); оправка с резцом 0 60...90 КУ433 (рис. 2, б); оправка с фрезой (рис. 2, в) и трех контрольных оправок 40 конусности 7:24. Оправки с резцом имеют выборку (поясок) в средней части конической поверхности, коническая часть оправки с фрезой - цельная. Две контрольные оправки изготовлены с отклонениями большого и малого диаметра в пределах 7 степени точности для моделирования угловых погрешностей, третья - условно идеальная.

Все оправки были замерены на координатно-измерительной машине Дерби компании ЭТАЛОН (рис. 3). Размеры соответствовали требованиям ГОСТ 19860-93 «Конусы внутренние и наружные конусностью 7:24. Допуски».

Контрольные инструментальные оправки были изготовлены из стали 20Х с последующей цементацией на глубину 1,2.1,5 мм; 58.62 НЯС .

Радиальное биение цилиндрической части оправки (^20—0 01) относительно конусности 7:24 не более 0.001 мм. Модели букс изготовлены из стали 12ХН3А с цементацией на глубину 1,0...1,2 мм; 60.63 НЯС .

Шероховатость сопрягаемых конических поверхностей исследуемых инструментальных конусов соответствовала Яа 16...Яа 32. Контроль соединений на прилегание опорных поверхностей производился по краске калибрами 1-ой степени точности. Во всех исследованиях площадь покрытия краской составляла не менее 80% сопрягаемой поверхности.

Для определения качества изготовленных оправок, проведено обследование геометрических характеристик инструментального конуса посредством записи профилограмм в шести сечениях (рис. 4) с последующим анализом [3].

'а

3

е

ш

а

I

о

Рисунок 4 - Схема замера круговых профилограмм

Данная схема измерений отклонений профиля сечения конуса позволяет оценить изменение характера топографии исследуемой конической поверхности по длине образующей конуса.

Запись профилограмм сечений конусов инструментов и шпинделей производилась на профилометре Talyrond (рис. 5).

Рисунок 5 - Профилометр Та1угоиё

Анализ профилограмм позволил сделать вывод о степени точности оправок и наличии отклонения формы - отклонения круглости

Таблица 1 - Отклонение от круглости сечений инструментальных оправок с конусным отверстием 40 конусности 7:24 по длине конуса, мкм

Конус 7:24 Сечение конуса Соответствие степени точности по ГОСТ 19860-93

№ конуса I II III IV V VI

отклонения, мкм

40 контрольные оправки 1 2 2 1 2 3 4-6

40 рабочие оправки расточная 2 2 3 2 2 2 6-7

оправка с фрезой 18 18 18,3 4 4 5 Не соотв. ГОСТ

расточная 2 2 2,5 2 2 3 6-7

У оправки с фрезой четко выражено отклонение от круглости - овальность в области большего диаметра. Отклонение превышает предельно допустимое значение в 4,5 раза.

По ряду проведенных экспериментальных исследований на разработанном стенде, который реализует возможность моделирования работы отдельных элементов и механизмов шпиндельной сборочной единицы многооперационного станка в момент смены инструмента и на координатно-расточном станке мод. 24К40СФ4 можно сделать следующие выводы:

- точность установки инструментальной оправки изменяется в зависимости от ее углового положения в конусе шпинделя;

- наличие овальности в поперечном сечении инструментальной оправки увеличивают упругие перемещения в зоне контакта ~ в 2^ 2,5 раза (при овальности 18 мкм);

- эксплуатация оправок приводит к снижению жесткости инструментальной системы ~ на 10% ^15% (срок эксплуатации 5 лет).

Список литературы

1. Денисенко, А.Ф. Исследование эксплуатационных характеристик системы автоматической смены инструментов / А.Ф. Денисенко, В.И. Петрунин, О.Ю. Казакова // Станки и инструмент. - 2007. - №2. - С. 2-6.

2. ГОСТ 30064-93. Концы шпинделей сверлильных, расточных и фрезерных станков. Размеры. Технические требования. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации: ИПК издательство стандартов. 1994. - 14 с.

3. Казакова О.Ю. Повышение точности обработки на станках фрезерно-сверлильно-расточной группы за счет минимизации погрешностей инструментальных систем: Ав-тореф. дис. канд. техн. наук. - Самара: СамГТУ, 2013. - 24 с.

Kazakov Andrej Alexandrovich, student

Samara State Technical University, Samara, Russia

Kazakova OlgaYurevna, Cand. Tech. Sci., associate professor

Samara State Technical University, Samara, Russia

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SPINDLE-TOOL SUBSYSTEM PROCESSES

Abstract.The article deals with the issues of improving accuracy of working at machine tools, namely of minimizing the errors of tool holder flare section which affect the accuracy of installation and fastening instrument when the automatic change. The article is also devoted to the development of recommendations on quality manufacturing flare sections. Keywords: tool holders, automatic tool change, machine tool, working accuracy.