RU2094177C1

RU2094177C1 - Device for determining radial dynamic rigidity of spindle units of metal-catting machine-tools

Info

Publication number: RU2094177C1
Application number: RU95110422A
Authority: RU
Inventors: А.В. Пуш; В.В. Юркевич; В.Б. Шолохов
Original assignee: Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU95110422A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: mandrel, which is loaded by an air cylinder, is mounted in the spindle of a machine- tool. The load is transmitted to the mandrel from the rod of the air cylinder through a cushion whereto compressed air is supplied through the passageway in the rod of the piston. Between the cushion and mandrel an aerostatic force occurs which acts on the mandrel. In so doing, a space keeps between the mandrel and cushion. The load exerted on the mandrel may either be constant or vary. The loading is controlled with a feedback pickup. Radial dynamic rigidity is measured with two contactless pickups. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для проведения динамических испытаний металлорежущих станков. The invention relates to mechanical engineering and can be used for dynamic testing of metal cutting machines.

Известна конструкция устройства для определения радиальной динамической жесткости шпиндельных узлов [1] содержащая электромагнитный преобразователь, закрепленный на суппорте с катушками постоянного и переменного тока, и якорь, закрепленный в шпиндельном узле станка. Недостатком этой конструкции является то, что усилие нагружения изменяется по синусоидальному закону с частотой питающего тока, а измерение производится по величине тока в катушке постоянного тока. A known design of a device for determining the radial dynamic stiffness of spindle units [1] comprising an electromagnetic transducer mounted on a support with coils of direct and alternating current, and an anchor fixed in the spindle unit of the machine. The disadvantage of this design is that the loading force varies according to a sinusoidal law with the frequency of the supply current, and the measurement is performed according to the magnitude of the current in the DC coil.

Известна конструкция для определения радиальной динамической жесткости шпиндельных узлов металлорежущих станков [2] (прототип), содержащая сердечник с обмотками постоянного и переменного тока и якорь, закрепленный на шпиндельном узле. Сердечник имеет возможность углового перемещения относительно якоря. Недостатком известной конструкции является невозможность получения постоянной по величине силы нагружения, погрешности тарировки, возникающие под действием токов Фуко, и то, что измерение радиальной динамической жесткости шпинделя производится косвенным путем по изменению силы тока в катушке нагружения, а не используется для этого способ непосредственного измерения жесткости. A known design for determining the radial dynamic stiffness of the spindle assemblies of metal cutting machines [2] (prototype), comprising a core with windings of direct and alternating current and an armature mounted on the spindle assembly. The core has the ability to angularly move relative to the anchor. A disadvantage of the known design is the inability to obtain a constant value of the loading force, calibration errors that occur under the action of Foucault currents, and the fact that the measurement of the radial dynamic stiffness of the spindle is carried out indirectly by changing the current in the loading coil, and not used for this method of direct measurement of stiffness .

Целью изобретения является повышение точности измерения динамической жесткости шпиндельных узлов металлорежущих станков за счет создания постоянной по величине или изменяющейся в строгом соответствии с заданным законом силы нагружения и непосредственного измерения жесткости при помощи бесконтактных датчиков. The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the dynamic stiffness of the spindle assemblies of metal-cutting machines by creating a constant in magnitude or changing in strict accordance with a given law the loading force and direct measurement of stiffness using non-contact sensors.

Цель достигается тем, что в качестве нагружающего устройства используется пневмоцилиндр, шток которого шарнирно связан с самоустанавливающейся подушкой, радиально расположенной к оправке, при этом в штоке пневмоцилиндра и в подушке выполнены сообщающиеся между собой каналы для создания слоя воздушной смазки между оправкой и подушкой. Такая конструкция позволяет создать нагружающую силу, действующую на шпиндель, либо постоянной по величине, либо изменяющейся в строгом соответствии с заданным законом изменения. Подушка имеет сегментную форму и смещенную относительно ее центра шаровую опору, что обеспечивает автоматическую самоустановку подушки относительно оправки. Для контроля воспроизводимой нагрузки и регулирования при необходимости ее величины используется датчик обратной связи, что значительно повышает точность измерений. The goal is achieved in that a pneumatic cylinder is used as a loading device, the rod of which is pivotally connected to a self-aligning cushion radially located to the mandrel, while channels are connected to each other in the pneumatic cylinder rod and in the pillow to create an air lubrication layer between the mandrel and the pillow. This design allows you to create a loading force acting on the spindle, either constant in magnitude, or changing in strict accordance with a given law of change. The pillow has a segmented shape and a ball bearing offset from its center, which provides automatic self-installation of the pillow relative to the mandrel. A feedback sensor is used to control the reproducible load and control if necessary its size, which significantly increases the accuracy of measurements.

Измерение динамической жесткости производится непосредственным путем при помощи датчиков перемещения, причем для большей точности их устанавливают два под углом 90^o друг к другу.The measurement of dynamic stiffness is carried out directly using displacement sensors, and for greater accuracy they are installed two at an angle of 90 ^{o to} each other.

Полученное новое качество от данной совокупности признаков ранее не было известно и достигается только в данном устройстве. The obtained new quality from this set of features was not previously known and is achieved only in this device.

Устройство поясняется графическими материалами. The device is illustrated in graphic materials.

На фиг. 1 изображено устройство для определения радиальной динамической жесткости шпиндельных узлов металлорежущих станков, вид спереди, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device for determining the radial dynamic stiffness of the spindle assemblies of metal cutting machines, front view, in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Устройство для определения радиальной динамической жесткости шпиндельных узлов металлорежущих станков содержит нагрузочное устройство и два бесконтактных датчика 1 перемещения, закрепленных на диске 2, который при помощи кольцевого выступа соединен с кронштейном 3, установленным на станке 4 испытываемого станка. Диск 2 имеет возможность совершать вращательное движение относительно кронштейна 3, при этом его поворот контролируется по шкале 5, а последующее неподвижное закрепление его осуществляется болтом 6. В верхней части диска к нему прикрепляется пневмоцилиндр 7, который сверху закрыт крышкой 8, а внутри него находится поршень 9, подпружиненный пружиной 10. Верхняя полость пневмоцилиндра 7 соединяется с пневмосистемой. Шток поршня 9 имеет шаровую опору, входящую в подушку 11, которая имеет сегментную форму и охватывает оправку 12. Ось шаровой опоры смещена таким образом, чтобы при вращении оправки 12 подушка имела возможность самоустанавливаться. Оправка 12 закреплена в шпинделе 13 и опирается на центр 14 задней бабки станка 4. Для обеспечения обратной связи на ребре, соединяющем пневмоцилиндр 7 с диском 2, установлен датчик 15 обратной связи. A device for determining the radial dynamic stiffness of the spindle assemblies of metal-cutting machine tools comprises a loading device and two non-contact displacement sensors 1 mounted on a disk 2, which is connected with an arm 3 to a bracket 3 mounted on the machine 4 of the machine under test. The disk 2 has the ability to perform a rotational movement relative to the bracket 3, while its rotation is controlled on a scale of 5, and its subsequent fixed fixation is carried out by a bolt 6. In the upper part of the disk, a pneumatic cylinder 7 is attached to it, which is covered by a cover 8 from above, and inside it there is a piston 9, spring-loaded with spring 10. The upper cavity of the pneumatic cylinder 7 is connected to the pneumatic system. The piston rod 9 has a ball bearing included in the pillow 11, which has a segmented shape and covers the mandrel 12. The axis of the ball bearing is offset so that when the mandrel 12 rotates, the pillow can self-install. The mandrel 12 is fixed in the spindle 13 and rests on the center 14 of the tailstock of the machine 4. To provide feedback on the rib connecting the pneumatic cylinder 7 to the disk 2, a feedback sensor 15 is installed.

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух от пневмосистемы подается по двум трубопроводам. По одному из них воздух подается через шток 9 в подушку 11, а по другому в рабочую плоскость пневмоцилиндра 7. В пространстве, образованном карманом подушки 11 и поверхностью оправки 12, развивается аэростатическая сила, которая заставляет подушку 11 приподняться над оправкой 12, в результате чего между подушкой 11 и оправкой 12 возникает зазор, который будет автоматически поддерживаться, исключая непосредственное касание поверхностей подушки 11 и оправки 12. Развиваемая аэростатическая сила будет действовать на оправку 12, а следовательно, и нагружать шпиндельный узел станка 4. Величина этой силы или закон ее изменения задается давлением воздуха, подаваемого в рабочую полость пневмоцилиндра 7. Направление силы, действующей на шпиндель, можно изменять путем вращения диска 2 относительно кронштейна 3, при этом угол поворота контролируется по шкале 5. Величина радиальной жесткости измеряется бесконтактными датчиками, которые неподвижно закреплены на диске 2. Для повышения точности измерения используются два датчика, установленные под углом 90^o друг к другу. Датчик 15 обратной связи контролирует точность заданной нагрузки и при необходимости корректирует ее величину, что значительно повышает точность измерений.The device operates as follows. Compressed air from the pneumatic system is supplied through two pipelines. According to one of them, air is supplied through the rod 9 to the pillow 11, and the other to the working plane of the pneumatic cylinder 7. In the space formed by the pocket of the pillow 11 and the surface of the mandrel 12, an aerostatic force develops, which causes the pillow 11 to rise above the mandrel 12, resulting in between the pillow 11 and the mandrel 12 there is a gap that will be automatically maintained, excluding the direct contact of the surfaces of the pillow 11 and the mandrel 12. The developed aerostatic force will act on the mandrel 12 and, consequently, the load press the spindle assembly of the machine 4. The magnitude of this force or the law of its change is determined by the pressure of the air supplied to the working cavity of the pneumatic cylinder 7. The direction of the force acting on the spindle can be changed by rotating the disk 2 relative to the bracket 3, while the rotation angle is controlled on a scale of 5. The magnitude of the radial stiffness is measured by non-contact sensors, which are fixedly mounted on the disk 2. To increase the measurement accuracy, two sensors are used, mounted at an angle of 90 ^{o to} each other. A feedback sensor 15 monitors the accuracy of a given load and, if necessary, adjusts its value, which significantly increases the accuracy of measurements.

Использование пневмоцилиндра и аэростатической подушки позволяет проводить нагружение испытываемого шпинделя с исключительно высокой точностью в значительно большем диапазоне частот вращения шпиндельного узла до 100000 об/мин. The use of a pneumatic cylinder and an aerostatic pillow allows loading the test spindle with extremely high accuracy in a significantly wider range of spindle unit speeds up to 100,000 rpm.

Claims

A device for determining the radial dynamic stiffness of the spindle assemblies of metal-cutting machine tools, comprising a bracket with a loading device, a mandrel designed to be fixed in the machine spindle, the loading device being located with a clearance to the mandrel, and a measuring system, characterized in that the loading device is made in the form of a pneumatic cylinder , on the rod of which, with the help of a ball bearing, a pillow is installed for aerostatic loading of the mandrel, the measuring system contains two eskontaktnyh sensor fixed at 90 ^o to each other on the disk mounted on the bracket for angular rotation and the locking position, the surface with the mandrel side cushion is concave segment and a center segment surface is displaced relative to the piston rod of the pneumatic cylinder, a rod and a cushion formed communicating between each other channels for supplying compressed air to the mandrel, while the device is equipped with a sensor for monitoring the accuracy of loading.