УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ОСИ ШПИНДЕЛЯ ТОКАРНОГО СТАНКА
DEVICE FOR DETECTION OF LATHE SPINDLE AXIS DISPLACEMENT

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к токарным станкам, и может быть использовано для определения смещения оси шпинделя токарного станка.
Из уровня техники известно устройство для компенсации теплового смещения оси шпинделя, содержащее систему контроля, определяющую величину смещения оси шпинделя, и систему компенсации в виде двух термоэлементов, которые компенсируют измеренное смещения (RU 2118233 C1 27.08.1998, B23B 25/06).
Недостатком технического решения является то, что устройство требует установки на станке дополнительной аппаратуры, которая усложняет работу оператора.
Кроме того, из уровня техники известно устройство для компенсации теплового смещения оси шпинделя, содержащее датчики перемещения оси шпинделя и оси пиноли в плоскости формообразования и элемент, осуществляющий смещение оси пиноли, соответствующее перемещению оси шпинделя (RU 2245765 C2, 10.02.2005, B23B 25/06).
К недостаткам известного устройства следует отнести то, что при его срабатывании происходит увеличение диаметра обрабатываемой поверхности.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение точности обработки деталей за счет того, что исключается смещение оси шпинделя в плоскости формообразования при разогреве токарного станка.
Указанный технический результат достигается посредством того, что устройство для определения смещения оси шпинделя при разогреве токарного станка содержит основание со сквозным продольным пазом для возвратно-поступательного продольного перемещения корпуса шпиндельной бабки с электродвигателем и шпинделем, датчик температуры, установленный на корпусе шпиндельной бабки над шпинделем, два бесконтактных датчика перемещения, установленные на кронштейнах, жестко закрепленных на основании с противоположных сторон от шпинделя, средство перемещения и фиксации корпуса шпиндельной бабки, выполненное в виде винта с гайкой, при этом винт установлен над продольным пазом основания с возможностью вращения, а гайка выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в указанном пазу таким образом, что при незафиксированном положении гайки и вращении винта гайка перемещается в продольном пазу основания, а при фиксированном положении гайки осуществляется перемещение корпуса шпиндельной бабки за счет его температурного расширения, и программно-аппаратную систему со средством визуализации, коммутационно связанную с упомянутыми датчиками с возможностью фиксирования полученных значений смещения оси шпинделя для определения оптимальной плоскости крепления корпуса шпиндельной бабки к станине токарного станка.
Устройство для определения смещения оси шпинделя токарного станка позволяет определить оптимальное положение плоскости крепления корпуса шпиндельной бабки к станине, когда при разогреве токарного станка не будет наблюдаться смещение оси шпинделя в плоскости формообразования, что позволяет исключить тепловую погрешность токарного станка. При включении токарного станка в начале смены происходит выделение тепла в опорах шпинделя, которое приводит к повышению температуры корпуса шпиндельной бабки. При этом происходит деформация корпуса шпиндельной бабки и как следствие этого - смещение оси шпинделя. Смещение оси шпинделя перекашивает ось заготовки, в результате чего она обрабатывается по конусу, а не по цилиндрической поверхности, что приводит к снижению точности обработки в продольном направлении. Так как деформация корпуса шпиндельной бабки происходит во все стороны, то всегда существует оптимальная плоскость крепления корпуса шпиндельной бабки к станине, при которой смещение оси шпинделя при разогреве станка будет равно нулю. Для сложной формы корпуса шпиндельной бабки эта плоскость не совпадает с плоскостью, проходящей через ось шпинделя. Однако практически во всех современных токарных станках плоскость крепления корпуса шпиндельной бабки к станине станка проходит через ось шпинделя. Устройство для определения смещения оси шпинделя токарного станка позволяет определить оптимальную плоскость крепления корпуса шпиндельной бабки к станине токарного станка.
Устройство для определения смещения оси шпинделя токарного станка поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 схематично изображено заявленное устройство.
Устройство для определения смещения оси шпинделя токарного станка установлено на основании 1 и содержит корпус 2 шпиндельной бабки с электродвигателем (на чертеже не изображен). Внутри корпуса 2 шпиндельной бабки установлено средство для его перемещения и фиксации, выполненное в виде винта 3 с гайкой 4, таким образом, чтобы не было осевого перемещения винта 3 относительно корпуса 2. Винт 3 установлен с возможностью вращения и вкручен в гайку 4, которая осуществляет возвратно-поступательное перемещение по винту 3 при его вращении. Внизу гайки 4 имеется резьбовое отверстие, в котором размещен винт 5, фиксирующий гайку 4. Тело винта 5 может перемещаться в продольном направлении по пазу 6, выполненному в основании 1, параллельно оси винта 3. Таким образом, обеспечена возможность возвратно-поступательного перемещения корпуса 2 вдоль продольного паза 6 основания 1.
Кроме того, на основании 1 жестко закреплены два кронштейна 7, на которых закреплены два бесконтактных датчика 8 перемещения. Кронштейны 7 расположены с противоположных сторон от шпинделя 9. Датчики 8 взаимодействуют с боковой поверхностью фланца шпинделя 9. Датчики 8 коммутационно соединены с программно-аппаратной системой - платой 10 входа-выхода и далее со средством визуализации - компьютером 11. Для измерения температуры передней стенки корпуса 2 шпиндельной бабки в его отверстии над шпинделем 9 установлен датчик 12 температуры, который соединен с прибором измерения температуры 13.
Устройство для определения смещения оси шпинделя токарного станка работает следующим образом. На этапе изготовления опытного образца станка производится определение оптимального крепления корпуса шпиндельной бабки к станине токарного станка. Это определение включает в себя измерения смещения оси шпинделя 9 при креплении корпуса 2 шпиндельной бабки 2 к станине токарного станка в различных точках поперечного сечения. Точки крепления корпуса 2 шпиндельной бабки соответствуют положению оси винта 5. Ввиду того, что не известно оптимальное положение сечения крепления корпуса 2 шпиндельной бабки к станине токарного станка, то есть положение оси винта 5, то необходимо проводить измерения перемещая ось винта 5 в поперечном сечении многократно, измеряя при этом смещение оси шпинделя 9 при разогреве станка. Шаг смещения оси винта 5 выбирается исходя из требований точности и регламентированного времени испытаний (обычно это в пределах 1…3 мм).
После установки корпуса шпиндельной бабки 2 на основание 1 закрепляют винт 5. В результате чего корпус 2 шпиндельной бабки фиксируется относительно основания 1 в поперечной плоскости, проходящей через ось винта 5. После этого включается механизм вращения (на чертеже не показан) шпинделя 9. При вращении шпинделя 9 выделяется тепло, которое идет на нагревание корпуса 2 шпиндельной бабки, при этом корпус 2 шпиндельной бабки расширяется и его стенки смещаются относительно основания 1. Смещение плоскости, проходящей через ось винта 5 не будет происходить, так как этого не допускает винт 5. Вращение шпинделя 9 производится до тех пор, пока тепловое состояние корпуса 2 шпиндельной бабки не достигнет равновесного состояния, что фиксируется с помощью датчика температуры 12 и прибора измерения температуры 13. Датчики 8 фиксируют изменение зазора между их чувствительными наконечниками и боковой поверхностью фланца шпинделя 9. Сигналы от датчиков 8 обрабатываются в плате 10 входа-выхода и поступают в компьютер 11. Специально разработанное программное обеспечение обрабатывает сигналы от датчиков 8 и определяет смещение оси шпинделя 9 в плоскости формообразования для установленного положения винта 5 в результате теплового расширения корпуса шпиндельной бабки 2. Это смещение фиксируется в памяти компьютера, вращение шпинделя 9 останавливают и дают время на остывание корпуса шпиндельной бабки 2. После этого отпускают винт 5 и, вращая винт 3, перемещают ось винта 5 в новое положение в плоскости формообразования. После чего испытания повторяют так, как было описано выше.
Из полученных значений смещения оси шпинделя 9 выбирают наименьшее значение. Это позволяет определить оптимальное сечение крепления корпуса 2 шпиндельной бабки к станине токарного станка, когда ось шпинделя 9 при разогреве токарного станка не смещается в поперечном сечении относительно станины. На основе этого вносят конструктивные исправления в рабочие чертежи корпуса 2 шпиндельной бабки и станины токарного станка. На них вычерчивают устройство крепления корпуса 2 шпиндельной бабки к станине токарного станка с оптимальным расположением сечения их прикрепления.
Устройство крепления корпуса 2 шпиндельной бабки к станине токарного станка состоит из прилива, который отлит заодно с корпусом шпиндельной бабки и расположен на днище корпуса шпиндельной бабки 2. Он имеет обработанную поверхность, которая прижимается винтом к станине токарного станка, что обеспечивает жесткое соединение корпуса шпиндельной бабки 2 и станины токарного станка в горизонтальной плоскости. Конструктивные исправления заключаются в том, что плоскость присоединения прилива корпуса шпиндельной бабки к станине должна занимать в пространстве то же положение, что и оптимальное сечение крепления корпуса шпиндельной бабки к станине токарного станка, определенное в процессе испытаний.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение для определения смещения оси шпинделя токарного станка;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.