СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ШПИНДЕЛЬНОГО УЗЛА В РЕАЛЬНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

Полезная модель предназначена для проведения диагностики шпиндельных узлов металлорежущих станков в реальном технологическом процессе.
В настоящее время промышленность выпускает стенды и приборы для контроля параметров виброакустических сигналов, по которым можно судить о динамике упругой системы станка и состоянии подшипниковых узлов [1. Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. - М.: Наука, 1984. - с 78-83.]. Однако сборка высокоскоростных шпиндельных узлов проводится в термостатированных помещениях по строго определенной методике со строгим контролем отклонений отдельных деталей от заданной геометрии, а после сборки шпиндель подвергается многочасовой обкатке на специальном стенде с регистрацией температуры в нескольких точках узла и момента сопротивления вращению.
К недостаткам известных стендов следует отнести то обстоятельство, что контролируя только температуру нельзя проникнуть в сущность процессов, протекающих в шпиндельных узлах при холостом вращении шпинделя, при работе под нагрузкой. Сегодня назрела необходимость применения новых методик и способов виброакустической диагностики, позволяющих значительно глубже по сравнению с контролем температуры проникать в сущность процессов, протекающих в шпиндельных узлах при холостом вращении шпинделя, при работе под нагрузкой и при повышении температуры.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является стенд для диагностики шпиндельного узла по патенту РФ № 2124966, Кл. В23В 25/06, G01M 13/02 - прототип. Согласно прототипу диагностика 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 динамическую податливость с помощью построения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) (податливости, подвижности или ускоряемости), при этом АЧХ строится с помощью вибратора или динамометрического молотка, и чем больше максимум на АЧХ, тем хуже считается характеристика.
Недостатком известного технического решения является сравнительно высокая трудоемкость оценки качества шпиндельного узла.
Технически достижимым результатом является упрощение конструкции стенда для определения качества шпиндельного узла.
Это достигается тем, что в стенде для определения качества шпиндельного узла в реальном технологическом процессе, содержащем станину, на которой посредством опор закреплена шпиндельная бабка со шпиндельным узлом, установленным в подшипниках качения, в котором закреплена предназначенная для испытания при резании заготовка, выполненная в виде цилиндрической оправки с продольным пазом, оправка выполнена ступенчатой, с дополнительной ступенью, имеющей диаметр на 10-20% меньший диаметра основной ступени, при этом на дополнительной ступени оправки на уровне паза основной ступени закреплен элемент в виде наплыва из воска, а на резце закреплен дополнительный резец-игла с возможностью его контакта с наплывом при прохождении паза резцом и записи относительных колебаний резца и заготовки на наплыве.
Далее записанные на восковом наплыве относительные колебания резца и заготовки анализируются на микроскопе или на профилографе.
На фиг. 1 представлена схема стенда для определения качества шпиндельного узла в реальном технологическом процессе, на фиг. 2 - поперечное сечение оправки с пазом, закрепленной в шпиндельном узле, и предназначенной для испытания при резании.
Стенд для определения качества шпиндельного узла в реальном технологическом процессе состоит из станины 1 (фиг. 1), на которой посредством опор 2 закреплена шпиндельная бабка 3 со шпиндельным узлом, установленном в подшипниках качения, в котором закреплена заготовка в виде оправки 4 с продольным, вдоль оси шпинделя, пазом 5, предназначенная для испытания при резании. Оправка 4 выполнена ступенчатой, с дополнительной ступенью 6, имеющей диаметр на 10-20% меньший, по сравнению с основной ступенью оправки 4.
На дополнительной ступени 6 оправки 4, в том месте, где выполнен паз 5 на основной ступени оправки, закреплен элемент в виде наплыва 7 (фиг. 2) из воска (или из другого подобного материала). Наплыв 7 выполнен в одной плоскости с пазом 5, которая проходит через ось оправки 4. На резце 8 закреплен дополнительный резец-игла 9. Высота наплыва 7 выбирается достаточной для контакта с иглой 9 при прохождении паза резцом 8. Относительные колебания резца и заготовки при прохождении паза записываются на восковом наплыве 7. Записанные колебания фиксируются на микроскопе или на профилографе. Для повышения твердости наплыва 7 оправку 4 с элементом в виде наплыва 7 из воска предварительно охлаждают, например помещают холодильник.
Стенд для определения качества шпиндельного узла в реальном технологическом процессе работает следующим образом.
Получение информации о динамическом качестве шпиндельного узла по результатам резания в строго определенных условиях (режимы, операция, инструмент, заготовка, материал и т.п.) осуществляется таким образом. В качестве обрабатываемой заготовки берется оправка 4 с пазом 5, края которого имеют строго радиальное направление для того, чтобы выход и вход в паз режущего инструмента был коротким. Выход и вход инструмента в такой паз при цилиндрическом точении заготовки создает импульсное нагружение всей технологической системы станка, включая и шпиндельный узел. Реакция шпиндельного узла на такое импульсное возмущающее воздействие более объективно оценивает динамическое качество шпиндельного узла станка.
Паз 5 выполнен заданной глубины, реализующей амплитуду входного импульсного воздействия, а частота входного импульсного воздействия задается скоростью вращения шпинделя. В сечении, перпендикулярном оси шпиндельного узла станка, паз 5 выполнен с наклонными боковыми поверхностями, лежащими в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с осью оправки 4, и в плоскости, перпендикулярной оси шпинделя, совпадающей с центром окружности. При этом поверхность, соединяющая боковые плоскости, представляет собой часть цилиндрической поверхности, эквидистантной внешней цилиндрической поверхности оправки 4.
На дополнительной ступени 6 оправки 4, в том месте, где выполнен паз 5 на основной ступени оправки, закреплен элемент в виде наплыва 7 (фиг. 2) из воска (или из другого подобного материала). Наплыв 7 выполнен в одной плоскости с пазом 5, которая проходит через ось оправки 4. На резце 8 закреплен дополнительный резец-игла 9. Высота наплыва 7 выбирается достаточной для контакта с иглой 9 при прохождении паза резцом 8. Относительные колебания резца и заготовки при прохождении паза записываются на восковой части. Записанные колебания фиксируются и анализируются на микроскопе или на профилографе. Для повышения твердости наплыва 7 оправку 4 с элемент в виде наплыва 7 из воска предварительно охлаждают, например помещают холодильник.