RU149110U1

RU149110U1 - STAND FOR DETERMINING THE QUALITY OF THE SPINDLE ASSEMBLY IN A REAL TECHNOLOGICAL PROCESS

Info

Publication number: RU149110U1
Application number: RU2013158666/02U
Authority: RU
Inventors: Фан Сагирович Сабиров; Михаил Павлович Козочкин; Андрей Николаевич Боган
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-12-20

Abstract

Стенд для диагностики шпиндельного узла металлорежущего станка в технологическом процессе, содержащий 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 вдоль оси шпинделя пазом, отличающийся тем, что оправка выполнена ступенчатой, имеющей дополнительную часть с диаметром на 10-20 % меньше диаметра основной ступени, при этом на дополнительной части оправки в одной плоскости с пазом на основной ступени оправки 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 оправки на наплыве.A stand for diagnosing a spindle assembly of a machine tool in a technological process, comprising a bed on which a headstock is mounted with bearings with a spindle assembly installed in rolling bearings, in which a workpiece designed for testing during cutting is fixed, made in the form of a cylindrical mandrel with a longitudinal axis along the spindle axis a groove, characterized in that the mandrel is stepped, having an additional part with a diameter of 10-20% less than the diameter of the main stage, while the integral part of the mandrel in the same plane with the groove on the main stage of the mandrel, an element is fixed in the form of an influx of wax, and an additional cutter-needle is fixed on the cutter with the possibility of contact with the influx when the groove passes through the cutter and recording relative vibrations of the cutter and mandrel on the influx.

Description

Полезная модель предназначена для проведения диагностики шпиндельных узлов металлорежущих станков в реальном технологическом процессе.The utility model is intended for diagnostics of spindle assemblies of metal-cutting machine tools in a real technological process.

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.Currently, the industry produces stands and devices for controlling the parameters of vibroacoustic signals, which can be used to judge the dynamics of the elastic system of the machine and the condition of the bearing assemblies [1. Balitsky F.Ya., Ivanova M.A., Sokolova A.G., Khomyakov E.I. Vibroacoustic diagnostics of incipient defects. - M .: Nauka, 1984. - from 78-83.]. However, the assembly of high-speed spindle assemblies is carried out in thermostatically controlled rooms according to a strictly defined method with strict control of deviations of individual parts from a given geometry, and after assembly, the spindle is run for many hours on a special stand with temperature recording at several points of the assembly and the moment of resistance to rotation.

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.The disadvantages of the known stands include the fact that controlling only the temperature cannot penetrate into the essence of the processes occurring in the spindle units during idle rotation of the spindle when operating under load. Today, the need has ripened for the application of new techniques and methods of vibroacoustic diagnostics, which can significantly penetrate the essence of the processes occurring in the spindle units during idle rotation of the spindle, when operating under load, and when the temperature rises, compared to temperature control.

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.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a stand for the diagnosis of the spindle assembly according to the patent of the Russian Federation No. 2124966, Cl. B23B 25/06, G01M 13/02 - prototype. According to the prototype, the diagnosis is implemented as follows. After selecting the test mode, the machine is turned on and the middle part of the mandrel is machined with a cutter. The signals from the displacement sensors located in two cross sections of the mandrel are fed first to the amplification-converting equipment, and then to the computer, where the trajectory of the axis of the mandrel in two sections is constructed. As a result of the movement, the tip of the cutter describes a curve on the surface of the mandrel, which forms a "geometric image" of the processed section. The software allows you to build on the display screen a "geometric image" in three-dimensional space, which determines the dynamic compliance by constructing the amplitude-frequency characteristic (AFC) (flexibility, mobility or acceleration), while the AFC is built using a vibrator or dynamometer, and the greater the maximum in frequency response, the worse the characteristic is considered.

Недостатком известного технического решения является сравнительно высокая трудоемкость оценки качества шпиндельного узла.A disadvantage of the known technical solution is the relatively high complexity of evaluating the quality of the spindle assembly.

Технически достижимым результатом является упрощение конструкции стенда для определения качества шпиндельного узла.A technically achievable result is to simplify the design of the stand to determine the quality of the spindle assembly.

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.This is achieved by the fact that in the stand for determining the quality of the spindle assembly in a real technological process containing a bed on which a headstock is mounted by means of bearings with a spindle assembly installed in rolling bearings, in which a workpiece designed as a test during cutting is fixed, made in the form of a cylindrical mandrels with a longitudinal groove, the mandrel is made stepwise, with an additional step, having a diameter 10-20% smaller than the diameter of the main stage, while on the additional stage Rawka groove at the main stage member is fixed in the form of an influx of wax, and an additional cutter is fixed cutter-needle with the possibility of contact with the influx of the passage slot and the cutter relative recording stylus oscillation and billet to influx.

Далее записанные на восковом наплыве относительные колебания резца и заготовки анализируются на микроскопе или на профилографе.Further, the relative oscillations of the cutter and the workpiece recorded on a wax influx are analyzed on a microscope or on a profilograph.

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.In FIG. 1 is a diagram of a bench for determining the quality of a spindle assembly in a real process; FIG. 2 is a cross-section of a mandrel with a groove fixed in a spindle unit and intended for testing during cutting.

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.The stand for determining the quality of the spindle unit in a real technological process consists of a bed 1 (Fig. 1), on which, through the supports 2, a spindle head 3 is mounted with a spindle unit installed in rolling bearings, in which the workpiece is fixed in the form of a mandrel 4 with a longitudinal spindle axis, groove 5, designed for testing when cutting. The mandrel 4 is made stepwise, with an additional step 6, having a diameter 10-20% smaller in comparison with the main stage of the mandrel 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.At the additional stage 6 of the mandrel 4, in the place where the groove 5 is made on the main stage of the mandrel, an element is fixed in the form of an influx 7 (Fig. 2) from wax (or from another similar material). The influx 7 is made in the same plane with the groove 5, which passes through the axis of the mandrel 4. An additional cutter-needle 9 is fixed on the cutter 8. The influx height 7 is selected sufficient to contact the needle 9 when the groove passes the cutter 8. Relative vibrations of the cutter and the workpiece during passage the grooves are recorded on a wax inflow 7. The recorded vibrations are recorded on a microscope or on a profilograph. To increase the hardness of the influx 7, the mandrel 4 with the element in the form of an influx 7 of wax is pre-cooled, for example, a refrigerator is placed.

Стенд для определения качества шпиндельного узла в реальном технологическом процессе работает следующим образом.The stand for determining the quality of the spindle unit in a real process works as follows.

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.Obtaining information about the dynamic quality of the spindle unit according to the results of cutting under strictly defined conditions (modes, operation, tool, workpiece, material, etc.) is carried out in this way. As the workpiece to be machined, a mandrel 4 with a groove 5 is taken, the edges of which have a strictly radial direction so that the exit and entrance to the groove of the cutting tool is short. The exit and entry of the tool into such a groove during cylindrical turning of the workpiece creates impulse loading of the entire technological system of the machine, including the spindle assembly. The response of the spindle assembly to such a pulsating disturbing effect more objectively evaluates the dynamic quality of the machine spindle assembly.

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.The groove 5 is made of a predetermined depth that implements the amplitude of the input pulsed action, and the frequency of the input pulsed action is set by the spindle speed. In a section perpendicular to the axis of the spindle assembly of the machine, the groove 5 is made with inclined side surfaces lying in planes intersecting along a line coinciding with the axis of the mandrel 4 and in a plane perpendicular to the axis of the spindle coinciding with the center of the circle. Moreover, the surface connecting the side planes is a part of the cylindrical surface, the equidistant external cylindrical surface of the mandrel 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.At the additional stage 6 of the mandrel 4, in the place where the groove 5 is made on the main stage of the mandrel, an element is fixed in the form of an influx 7 (Fig. 2) from wax (or from another similar material). The influx 7 is made in the same plane with the groove 5, which passes through the axis of the mandrel 4. An additional cutter-needle 9 is fixed on the cutter 8. The influx height 7 is selected sufficient to contact the needle 9 when the groove passes the cutter 8. Relative vibrations of the cutter and the workpiece during passage grooves are recorded on the wax part. The recorded vibrations are recorded and analyzed on a microscope or on a profilograph. To increase the hardness of the influx 7, the mandrel 4 with an element in the form of an influx 7 of wax is pre-cooled, for example, a refrigerator is placed.

Claims

A stand for diagnosing a spindle assembly of a machine tool in a technological process, comprising a bed on which a headstock is mounted with bearings with a spindle assembly installed in rolling bearings, in which a workpiece designed for testing during cutting is fixed, made in the form of a cylindrical mandrel with a longitudinal axis along the spindle axis a groove, characterized in that the mandrel is stepped, having an additional part with a diameter of 10-20% less than the diameter of the main stage, while the integral part of the mandrel in the same plane with the groove on the main stage of the mandrel, an element is fixed in the form of an influx of wax, and an additional cutter-needle is fixed on the cutter with the possibility of contact with the influx when the groove passes through the cutter and recording relative vibrations of the cutter and mandrel on the influx.