RU2690625C2 - Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings - Google Patents

Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings Download PDF

Info

Publication number
RU2690625C2
RU2690625C2 RU2017115646A RU2017115646A RU2690625C2 RU 2690625 C2 RU2690625 C2 RU 2690625C2 RU 2017115646 A RU2017115646 A RU 2017115646A RU 2017115646 A RU2017115646 A RU 2017115646A RU 2690625 C2 RU2690625 C2 RU 2690625C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spindle
rotor
sled
stand
spindle assembly
Prior art date
Application number
RU2017115646A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017115646A (en
RU2017115646A3 (en
Inventor
Ольга Петровна Сахарова
Валерий Балахметович Есов
Кузьма Олегович Климочкин
Игорь Львович Фалькович
Игорь Сергеевич Белинкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2017115646A priority Critical patent/RU2690625C2/en
Publication of RU2017115646A publication Critical patent/RU2017115646A/en
Publication of RU2017115646A3 publication Critical patent/RU2017115646A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690625C2 publication Critical patent/RU2690625C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

FIELD: test.SUBSTANCE: invention relates to equipment for investigation of cutting process control systems on metal cutting machines, having spindle assembly with active magnetic bearings. Stand consists of three-coordinate metal-cutting machine of accuracy class "C" with CNC system and spindle assembly, which is replaceable and contains electric rotor-spindle arranged vertically in rolling bearings with active magnetic bearings. Test bench also has means for loading rotor-spindle with external load, made in the form of tool mandrel fixed at working end of rotor-spindle with possibility of receiving working dynamic loads from processing tool in process of real mechanical blade treatment of reference specimen of workpiece, and control-measuring structure with sensors. At that, the CNC system, sensors and active magnetic bearings of supports are made with possibility of connection to the analyzed intelligent adaptive control system through the appropriate converters.EFFECT: use of the invention makes it possible to expand the stand's technological capabilities, as well as to increase the reliability and accuracy of the conducted investigations.3 cl, 21 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в левитационных роторных механизмах на электромагнитных опорах. Более конкретное использование - в качестве экспериментального стенда для исследования и испытания образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками АМП (электрошпинделем/моторшпинделем/).The invention relates to the field of electromechanics and can be used in levitational rotary mechanisms on electromagnetic supports. A more specific use is as an experimental stand for researching and testing a sample of an intelligent adaptive control system for the cutting process on metal-cutting machines with a spindle assembly with active AMP magnetic bearings (electrical spindle / motor spindle /).

Магистральным направлением развития металлообрабатывающих станков с ЧПУ является модульный принцип построения станков (мехатронных комплексов) на базе единых интеграционных платформ с широким использованием мехатронных блочно-модульных систем и модулей, сочетающих информационные, энергетические и управляющие функции в едином конструктивном блоке. В электронном (программно-аппаратном) блоке обеспечивается согласованный интеллектуальный выбор параметров отдельных подсистем системы числового программного управления (ЧПУ), подчиненных общей задаче - достижение требуемых, технологически заданных, параметров точности механической лезвийной обработки на металлорежущих станках.The main direction of development of metalworking machines with CNC is the modular construction of machine tools (mechatronic complexes) based on single integration platforms with extensive use of mechatronic modular systems and modules that combine information, energy and control functions in a single structural unit. In the electronic (software and hardware) block, a coordinated intelligent selection of parameters of individual subsystems of the numerical control system (NC) is ensured, subordinated to the common task - achieving the required, technologically defined, precision parameters of mechanical blade processing on metal-cutting machines.

Для повышения технического уровня и уровня качества обработки механообрабатывающих станков, как базовых слагаемых конкурентоспособности, на передний план выступают следующие факторы: надежность, точность, производительность, интеллект.To improve the technical level and quality level of machining of machining machines, as the basic components of competitiveness, the following factors come to the fore: reliability, accuracy, productivity, and intelligence.

Надежность работы станка - одно из основных требований, предъявляемое потребителем, и часто служит превалирующим критерием оценки качества. Среди мехатронных систем станков (таких как: поворотные и наклонно-поворотных столы, револьверные головки, приводы подач) электрошпиндели (шпиндели со встроенным мотором - моторшпиндели) являются самыми важными узлами, определяющими качество оборудования и точность обработки на нем. Электрошпиндели наиболее полно иллюстрируют свои специфические особенности построения конструкции, проектирования, основные проблемы и задачи мехатронных систем станков.The reliability of the machine - one of the basic requirements of the consumer, and often serves as the prevailing criterion for assessing quality. Among the mechatronic systems of machine tools (such as: rotary and tilt-swivel tables, turrets, feed drives) electrical spindles (spindles with built-in motor - motor spindles) are the most important components that determine the quality of equipment and precision machining on it. Electric spindles most fully illustrate their specific features of construction, design, basic problems and tasks of mechatronic systems of machine tools.

Современный высокоскоростной или высокомоментный электрошпиндель является сложной вращательной мехатронной системой с высоким уровнем интеграции в конструкцию функциональных компонентов - интеллектуальных мехатронных модулей (встраиваемый двигатель, шпиндельные опоры, охлаждение двигателя и опор, система смазки, механизм зажима инструмента и т.д., см. фиг. 18).A modern high-speed or high-torque electrical spindle is a complex rotational mechatronic system with a high level of integration into the design of functional components — intelligent mechatronic modules (built-in engine, spindle supports, engine and bearing cooling, lubrication system, tool clamping mechanism, etc., see fig. 18).

К главным преимуществам такой мехатронной системы элекрошпинделя относятся:The main advantages of such a mechatronic system of the elecro spindle include:

- прямое преобразование энергии и информации, полное исключение или упрощение кинематических цепей и, следовательно, высокая точность и улучшенные статические и динамические характеристики;- direct transformation of energy and information, complete elimination or simplification of kinematic chains and, therefore, high accuracy and improved static and dynamic characteristics;

- компактность единой конструктивной схемы системы и, следовательно, улучшенные массогабаритные показатели;- compactness of the unified structural scheme of the system and, therefore, improved weight and size parameters;

- возможность объединения и встройки электрошпинделя в более сложные мехатронные системы (угловые шпиндельные головки) и комплексы (многоцелевые обрабатывающие центры), допускающие быструю перенастройку (системы автоматической смены электрошпинделей /мотор-шпинделей/);- the possibility of combining and integrating the electrical spindle into more complex mechatronic systems (angular spindle heads) and complexes (multi-purpose machining centers) allowing for quick reconfiguration (systems for automatic changing of electro-spindles / motor-spindles /);

- относительно низкую стоимость монтажа, обслуживания и настройки системы благодаря блочно-модульной конструкции, унификации программных и аппаратных средств;- the relatively low cost of installation, maintenance and system configuration due to the block-modular design, the unification of software and hardware;

- способность выполнять сложное, высокоточное, пространственно регулируемое (т.е., регулируемое в трехкоординатной системе) вращательное движение исполнительного устройства (т.е., ротор-шпинделя электрошпинделя), благодаря применению методов и средств интеллектуального и адаптивного управления исполнительным устройством посредством, раскрываемой в описании настоящего технического решения образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках.- the ability to perform complex, high-precision, spatially adjustable (i.e., adjustable in a three-coordinate system) rotational motion of the actuator (i.e., the rotor-spindle of the electric spindle), due to the application of methods and means of intelligent and adaptive control of the actuator by means of in the description of the present technical solution of a sample of the intelligent system of adaptive control of the cutting process on metal-cutting machines.

Из современного уровня техники известен стенд для исследования (испытания) интеллектуальной системы адаптивного управления магнитным подвесом ротор-шпинделя шпиндельного узла, включающий следующие электромеханические узлы и структуры.From the current level of technology known stand for the study (testing) of the intelligent system of adaptive control of the magnetic suspension of the rotor-spindle spindle assembly, including the following electromechanical components and structures.

Базовую мехатронную структуру с системой числового программного управления (ЧПУ), включающей аппаратную платформу с технологически заданным программным обеспечением, и шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками (АМП), функционально являющимися передней и задней опорами ротор-шпинделя шпиндельного узла. Шпиндельный узел конструктивно сформирован с возможностью размещения в концевых зонах его ротор-шпинделя и, соответственно, зонах расположения активных магнитных подшипников, контрольно-измерительных структур в виде двух пар бесконтактных датчиков пространственного положения оси вращения ротор-шпинделя и, соответственно, зазора в АМП, которые функционально являются средствами регистрации и передачи данных в упомянутую систему ЧПУ посредством аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления ротор-шпинделем шпиндельного узла в процессе резания. Конструкция шпиндельного узла предусматривает установку упомянутых структур, в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротор-шпинделя шпиндельного узла парами, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении в каждой паре.Basic mechatronic structure with a numerical control system (CNC), including a hardware platform with technologically specified software, and a spindle assembly with active magnetic bearings (AMP), which are functionally the front and rear supports of the spindle rotor-spindle assembly. The spindle assembly is structurally formed with the possibility of accommodating its rotor-spindle in the end zones and, accordingly, the location of active magnetic bearings, instrumentation structures in the form of two pairs of contactless sensors of the spatial position of the rotor-spindle rotation axis and, accordingly, the gap in the AMP, which functionally are the means of recording and transmitting data into the aforementioned CNC system by means of analog-digital and digital-analog converters of the studied intellectual systems adaptive control of the rotary spindle of the spindle unit during the cutting process. The design of the spindle assembly provides for the installation of these structures, in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle of the spindle assembly in pairs, offset by 90 ° from one another in the circumferential direction in each pair.

Кроме того, стенд, также, включает средство динамического нагружения ротор-шпинделя шпиндельного узла внешней нагрузкой, соответствующей рабочей нагрузке в реальных условиях эксплуатации шпиндельного узла имитатор типовых нагрузок (см. С.А. Тогузов, Е.К. Евдокимов, Т.А. Изосимова, публикация «Стенд для исследования системы автоматического регулирования магнитным подвесом ротора высокоэнергетической установки», материалы XII Всероссийского совещания по проблемам управления ВСПУ-2014, стр. 4807-4814, Москва, 2014 г., УДК 681.52) - прототип.In addition, the stand also includes a means of dynamically loading the rotor-spindle of the spindle assembly with an external load corresponding to the working load under actual operating conditions of the spindle assembly simulator of typical loads (see S.A. Toguzov, EK Evdokimov, Т.А. Izosimova, the publication “Stand for the study of the automatic control system of the rotor magnetic suspension of a high-energy installation”, materials of the XII All-Russian meeting on the problems of VSPU-2014 control, pp. 4807-4814, Moscow, 2014, UDC 681.52) - a prototype.

К недостаткам данного известного технического решения следует отнести невозможность его использования для исследования интеллектуальной системы адаптивного управления конкретно процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с АМП (электрошпинделем) при реальных, возникающих при лезвийной обработке эталонной детали, нагрузках на ротор-шпиндель шпиндельного узла в режиме реального времени.The disadvantages of this known technical solution include the impossibility of using it to study the intelligent adaptive control system specifically for the cutting process on metal-cutting machines with a spindle assembly with an AMP (electric spindle) with real ones resulting from the blade processing of the reference part, loads on the spindle rotor-spindle assembly in the mode real time.

Это объясняется тем, что схема динамического нагружения ротор-шпиделя со стороны используемого в известном техническом решении нагружающего устройства не соответствует динамическим условиям нагружения ротор-шпиделя аналогичного шпиндельного узла (электрошпинделя) в условиях лезвийной механической обработки на металлорежущих станках с вертикальным расположением электрошпинделя.This is due to the fact that the dynamic loading of the rotor-fender from the side of the loading device used in the well-known technical solution does not correspond to the dynamic loading conditions of the rotor-fender of the analogous spindle assembly (electric spindle) under the conditions of blade machining on metal-cutting machines with an vertical electric spindle.

Задачей заявленного технического решения является создание научно-технического задела в области построения интеллектуальных систем адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках с электрошпинделем в масштабе реального времени (т.е., при механической лезвийной обработке на стенде реальной эталонной заготовки).The objective of the claimed technical solution is the creation of a scientific and technical reserve in the field of building intelligent systems for adaptive control of the cutting process on metal-cutting machines with an electrical spindle on a real-time basis (that is, with mechanical blade processing on the stand of a real reference workpiece).

Более конкретно, поставлены следующие основные технические задачи:More specifically, the following main technical tasks are set:

- разработка и создание схем кинематических, электрических, пневматических соединений и подключений в соответствии с ГОСТ 2.701-84 экспериментального стенда для испытания образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания, обеспечивающих устойчивую и надежную работу электрошпинделя при испытаниях;- development and creation of kinematic, electrical, pneumatic connections and connections in accordance with GOST 2.701-84 experimental bench for testing a sample of the intelligent adaptive control system of the cutting process, ensuring stable and reliable operation of the electrical spindle during testing;

- выбор необходимой компоновки и конструкций основных узлов стенда для выполнения прикладных научно-технических исследований;- selection of the necessary layout and design of the main components of the stand for performing applied scientific and technical research;

- разработка и создание схем кинематических, электрических, пневматических соединений и подключений в соответствии с ГОСТ 2.701-84 экспериментального образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на станках со шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками (т.е. с электрошпинделем /моторшпинделем/).- development and creation of kinematic, electrical, pneumatic connections and connections in accordance with GOST 2.701-84 experimental model of an intelligent adaptive control process for cutting on machines with a spindle assembly with active magnetic bearings (i.e. with electrical spindle / motor spindle /).

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности за счет быстродействия (чувствительности) системы адаптивного управления и, соответственно, динамической точности пространственного позиционирования оси вращения электромагнитного подвеса ротор-шпинделя шпиндельного узла (электрошпинделя), а также концевой части инструментальной оправки (т.е. в конечном итоге - инструмента) применительно к реальным условиям резания.The technical result of the claimed technical solution is to increase the reliability due to the speed (sensitivity) of the adaptive control system and, accordingly, the dynamic accuracy of the spatial positioning of the axis of rotation of the electromagnetic suspension of the rotor-spindle of the spindle assembly (electric spindle), as well as the end result is a tool) as applied to actual cutting conditions.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в стенде для испытания (исследования) интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с АМП, включающем:The technical result is achieved by the fact that in the test bench for (testing) an intelligent system of adaptive control of the cutting process on metal-cutting machine tools with a spindle assembly with an AMP, including:

- базовую мехатронную структуру с системой числового программного управления (ЧПУ), включающей аппаратную платформу с технологически заданным программным обеспечением, и шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками, которые функционально являются передней и задней опорами его ротор-шпинделя;- a basic mechatronic structure with a numerical control system (CNC), including a hardware platform with technologically specified software, and a spindle assembly with active magnetic bearings, which are functionally the front and rear supports of its rotor-spindle;

- шпиндельный узел, конструктивно сформирован с возможностью размещения в концевых зонах его ротор-шпинделя и, соответственно, зонах расположения активных магнитных подшипников, контрольно-измерительных структур в виде двух пар бесконтактных датчиков пространственного положения оси ротор-шпинделя и, соответственно, зазора в активных магнитных подшипниках, которые, т.е. упомянутые структуры, устанавливаются в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротор-шпинделя шпиндельного узла парами, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении в каждой паре и функционально являются средствами регистрации и передачи данных в упомянутую систему ЧПУ посредством аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания;- spindle assembly, structurally formed with the possibility of placing in the end zones of its rotor-spindle and, respectively, areas of the location of active magnetic bearings, control and measuring structures in the form of two pairs of contactless sensors of spatial position of the rotor-spindle axis and, accordingly, the gap in the active magnetic bearings which, i.e. these structures are installed in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle of the spindle assembly in pairs, offset from each other by 90 ° in the circumferential direction in each pair, and functionally are the means of recording and transmitting data into the above-mentioned CNC system using analog digital and analogue converters of the studied intellectual adaptive cutting process control systems;

- а также средство нагружения ротор-шпинделя шпиндельного узла внешней нагрузкой, соответствующей рабочей нагрузке в реальных условиях эксплуатации шпиндельного узла, согласно изобретению:- as well as a means of loading the rotor-spindle of the spindle assembly by an external load corresponding to the working load in actual operating conditions of the spindle assembly, according to the invention:

на рабочем конце ротор-шпинделя закреплена инструментальная оправка, которая функционально является средством динамического нагружения ротор-шпинделя шпиндельного узла упомянутой внешней нагрузкой за счет восприятия ею действительных рабочих динамических нагрузок от инструмента в процессе реальной механической лезвийной обработки эталонного образца заготовки в реальном масштабе времени испытания вышеупомянутой интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания;At the working end of the rotor-spindle, an instrumental mandrel is fixed, which is functionally a means of dynamically loading the rotor-spindle of the spindle assembly with the mentioned external load due to its perception of the actual working dynamic loads from the tool during the actual mechanical blade processing of the reference sample of the workpiece in real time testing the above-mentioned intellectual adaptive cutting process control systems;

- корпусная сборочная единица шпиндельного узла оснащена средствами для размещения в зоне рабочего конца инструментальной оправки, а также, в зоне заднего конца ротор-шпинделя, двух пар дополнительных бесконтактных датчиков, функционально являющихся средствами регистрации и контроля пространственного положения конца инструментальной оправки, а значит - пространственного положения непосредственно инструмента, и заднего конца ротор-шпинделя, соответственно, коммутативно связанными через соответствующие преобразующие структуры исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления с программно-аппаратной платформой упомянутой системы ЧПУ;- the case assembly unit of the spindle assembly is equipped with means for placing in the area of the working end of the tool holder, as well as, in the area of the rear end of the rotor-spindle, two pairs of additional non-contact sensors, functionally being the means of recording and monitoring the spatial position of the end of the tool holder, and hence the spatial the positions of the tool itself, and the rear end of the rotor-spindle, respectively, are commutatively connected through the corresponding transformative structures tivity intelligent adaptive control system with software and hardware platform of said CNC system;

- упомянутые средства, конструктивно выполнены с возможностью обеспечения установки упомянутых датчиков в каждой паре в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя шпиндельного узла со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении;- the mentioned means are structurally designed to provide installation of said sensors in each pair in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle of the spindle assembly with an offset of 90 ° relative to one another in the circumferential direction;

- передняя опора шпиндельного узла выполнена в виде радиально-упорного активного магнитного подшипника; базовая мехатронная структура конструктивно организована на основе трехкоординатного металлорежущего станка особо высокой точности, т.е., класса точности С, с системой ЧПУ и вертикальным расположением оси ротор-шпинделя шпиндельного узла;- the front support of the spindle assembly is made in the form of a radial-resistant active magnetic bearing; The basic mechatronic structure is structurally organized on the basis of a three-coordinate metal cutting machine of particularly high accuracy, i.e., accuracy class C, with a CNC system and a vertical arrangement of the rotor-spindle axis of the spindle assembly;

- упомянутый станок включает управляемые посредством системы ЧПУ вспомогательные функциональные системы, а также следующие основные конструктивные узлы:- the above-mentioned machine includes auxiliary functional systems controlled by the CNC system, as well as the following main structural units:

- станину с плоской и V-образной направляющими, поверхности которых оснащены текстолитовым покрытием, а также имеют средства защиты от загрязнения в виде ленточной структуры со средством регулировки натяжения ленты;- a bed with flat and V-shaped guides, the surfaces of which are equipped with a textolite coating, and also have means of protection against contamination in the form of a tape structure with means of adjusting the belt tension;

- установленные на направляющих станины салазки стола-салазок с управляемым системой ЧПУ прецизионным приводом их перемещения, при этом, верхние направляющие салазок, предназначенные для установки стола, также оснащенного управляемым системой ЧПУ прецизионным приводом его перемещения, выполнены конструктивно идентично вышеописанным направляющим станины и также оснащены аналогичным средством защиты от загрязнения в виде ленточной структуры со средством регулировки натяжения ленты, которая, т.е., ленточная структура, конструктивно-пространственно организована с возможностью обеспечения регулировки натяга прижатия направляющих стола стола-салазок к ответным направляющим с текстолитовым покрытием салазок, за счет охвата упомянутой лентой роликов, смонтированных в салазках стола-салазок;- mounted on the guides of the bed, the slide of the slide table with the CNC-controlled precision drive of their movement, while the upper slide guides intended for mounting the table also equipped with the CNC-controlled precision drive of its movement are made structurally identical to the above-described bed guide and are also equipped with the same a means of protection against pollution in the form of a tape structure with a means of adjusting the tension of the tape, which, i.e., the tape structure, is constructive ostranno organized with the possibility of adjusting the tightness of pressing the guide table table-sled to counter-guides with textolite sled coating, due to the coverage mentioned by the tape rollers mounted in the sled table-sled;

- вертикальную стойку с передними и задними направляющими и установленную на передних направляющих стойки шпиндельную бабку с управляемым системой ЧПУ прецизионным приводом ее перемещения, конструктивно включающую в себя коробку скоростей и шпиндельный узел, размещенный в конструктивной структуре средства для установки шпиндельного узла в шпиндельной бабке, при этом шпиндельная бабка оснащена уравновешивающими грузами, установленными с возможностью рабочего перемещения по задним направляющим стойки посредством регулируемых по длине гибких связей, концы которых закреплены на корпусе шпиндельной бабки и, соответственно, на уравновешивающих грузах, а задние направляющие стойки оснащены средством их защиты от загрязнения в виде пластинчатой телескопической структуры;- a vertical stand with front and rear guides and a spindle head mounted on the front rails of the rack with a CNC-controlled precision drive for its movement, structurally including a speed box and a spindle unit placed in the structural structure of the means for installing the spindle unit in the spindle head, the headstock is equipped with balancing weights installed with the possibility of working movement along the rear rails of the stand by means of adjustable no flexible couplings, the ends of which are fixed to the body and headstock, respectively, on the balance weights, and rear rack rails are equipped with means of protection against pollution in the form of a telescopic plate structure;

- кроме того, структура средства для установки шпиндельного узла в шпиндельной бабке конструктивно сформирована с возможностью установки на шпиндельной бабке как шпиндельного узла в виде типового механического шпиндельного узла, так и шпиндельного узла мехатронного типа, выполненного в виде электрошпинделя с активными магнитными подшипниками, оснащенного вышеупомянутами контрольно-измерительными структурами на основе соответствующих датчиков пространственного положения оси вращения его ротор-шпинделя.- in addition, the structure of the means for mounting the spindle assembly in the spindle headstock is structurally formed with the possibility of mounting on the spindle headstock both a spindle assembly in the form of a typical mechanical spindle assembly and a spindle assembly of mechatronic type, made in the form of an electrical spindle with active magnetic bearings, equipped with the above mentioned controls - measuring structures based on the respective sensors of the spatial position of the axis of rotation of its rotor-spindle.

Оптимально, чтобы вышеупомянутые прецизионные приводы перемещения основных конструктивных узлов были бы выполнены в виде передачи ходовой винт - гайка качения и оснащены электродвигателями, преимущественно, серводвигателями.Optimally, the aforementioned precision drives for displacing the main structural units would be made in the form of a drive screw - rolling gear transmission and equipped with electric motors, mainly servomotors.

Целесообразно, чтобы упомянутые взаимоподвижные основные конструктивные узлы были бы оснащены: средствами автоматического отключения их прецизионных приводов в крайних положениях; средствами автоматического аварийного отключения этих приводов; автоматическими средствами обеспечения выхода в референтную точку - то есть, в нулевую точку отсчета движения соответствующего узла; средствами для отсчета перемещения соответствующих узлов, выполненными в виде линейных преобразователей, коммутативно связанных с системой ЧПУ.It is advisable that the mentioned mutually movable basic structural units would be equipped with: means for automatically turning off their precision drives in extreme positions; means of automatic emergency shutdown of these drives; automatic means to ensure access to the reference point - that is, to the zero point of reference of the movement of the corresponding node; means for counting the movement of the corresponding nodes, made in the form of linear transducers, commutatively connected with the CNC system.

Шпиндельный узел может быть выполнен, например, в виде электрошпинделя модели «IBAG 200 MA 40 K»The spindle unit can be made, for example, in the form of an electrical spindle of the model “IBAG 200 MA 40 K”

Как правило, вышеупомянутые вспомогательные функциональные системы стенда должны быть выполнены в виде:As a rule, the aforementioned auxiliary functional systems of the stand should be made in the form:

- гидросистемы, функционально являющейся средством отжима инструмента в шпинделе, переключения диапазонов скоростей привода главного движения стенда, смазки коробки скоростей и подачи масла в систему централизованной периодической смазки;- the hydraulic system, which is functionally a means of pressing the tool in the spindle, switching the speed ranges of the main drive of the stand, lubricating the gearbox and supplying oil to the centralized system of periodic lubrication;

- системы централизованной смазки, функционально являющейся средством периодической централизованной смазки: на стойке - подшипников ходового винта перемещения шпиндельной бабки; на станине - подшипников ходового винта перемещения салазок стола-салазок; на шпиндельной бабке - гайки ходового винта перемещения шпиндельной бабки по направляющим и обратных планок; на салазках стола-салазок - подшипников ходового винта перемещения стола, гайки ходового винта перемещения салазок, направляющих пары салазки-станина; на столе - гайки ходового винта перемещения стола, направляющих стол-салазки;- centralized lubrication systems, functionally being a means of periodic centralized lubrication: on the rack - bearings of the spindle moving the headstock; on the frame - bearings of the lead screw for moving the sled of the sled-table; on the headstock - spindle nuts move the headstock along the guides and reverse slats; on the sled of the sled table - bearings of the lead screw for moving the table, nuts for the running screw for moving the sled, guides the pairs of the sled-bed; on the table - the lead screw for moving the table, guides the table-sled;

- системы пневмооборудования, функционально являющейся средством охлаждения шпиндельного узла;- pneumatic equipment system, functionally being a means of cooling the spindle assembly;

Гидросистема, в разумном исполнении, должна быть выполнена в виде конструктивно и технологически взаимосвязанных:The hydraulic system, in reasonable performance, should be made in the form of a constructive and technologically interconnected:

- гидростанции (например, типа СВ-М5А-40-Н-1,1-3-6,3), включающей: насос, фильтр, аккумулятор, реле давления, гидроблок с аппаратурой модульного типа;- hydraulic stations (for example, type CB-M5A-40-H-1.1-3-6.3), including: pump, filter, accumulator, pressure switch, hydraulic unit with modular equipment;

- гидроаппаратуры, установленной на стенде;- hydraulic equipment installed on the stand;

- исполнительных органов в виде гидроцилиндра переключения скоростей и гидроцилиндра отжима инструмента.- executive bodies in the form of a hydraulic cylinder for switching speeds and a hydraulic cylinder for pressing the tool.

Система централизованной смазки, как правило, включает: распределитель; клапан редукционный; центральный питатель, в состав которого входит узел со штоком-индикатором, функционально являющийся средством контроля работы упомянутого питателя визуально и автоматически; микропереключатель; вторичные питатели, которые расположены на салазках, на столе, на стойке и на шпиндельной бабке.The system of centralized lubrication, as a rule, includes: distributor; pressure reducing valve; the central feeder, which includes a node with a rod-indicator, functionally being a means of controlling the work of said feeder visually and automatically; microswitch; secondary feeders, which are located on the sled, on the table, on the rack and on the spindle headstock.

Система пневмооборудования, как правило, включает: компрессор с ресивером, станцию осушения и охлаждения воздуха, а также панель подготовки воздуха и пневмораспределители.The system of pneumatic equipment, as a rule, includes: a compressor with a receiver, an air drying and cooling station, as well as an air preparation panel and pneumatic distributors.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление сведений об аналогах заявленного технического решения, не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения. Выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить в заявленном объекте совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков, изложенных в формуле.Conducted by the applicant's analysis of the level of technology, including a search for patent and scientific and technical sources of information and the identification of information about the analogues of the claimed technical solution, did not find analogues characterized by signs and relationships between them, identical or equivalent to all the essential features of the claimed technical solution. The prototype chosen from the identified analogues (as the closest analogue in terms of the totality of features) made it possible to identify in the claimed object a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features set forth in the formula.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty" under the current legislation.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг. 1 - общий вид стенда (фронтальный вид);FIG. 1 - a general view of the stand (front view);

Фиг. 2 - общий вид стенда (вид сбоку /справа/ по фиг. 1);FIG. 2 - a general view of the stand (side view / right / in Fig. 1);

Фиг. 3 - общий вид стенда (вид сверху по фиг. 1);FIG. 3 - a general view of the stand (top view on Fig. 1);

Фиг. 4 - кинематическая схема стенда;FIG. 4 - kinematic scheme of the stand;

Фиг. 5 - станина (фронтальный вид);FIG. 5 - bed (front view);

Фиг. 6 - станина (вид сверху по фиг. 5);FIG. 6 - bed (top view on Fig. 5);

Фиг. 7 - стол-салазки (фронтальный вид, частичный разрез);FIG. 7 - skid table (frontal view, partial cut);

Фиг. 8 - стол-салазки (сечение А-А по фиг. 7);FIG. 8 - table-sled (section aa in Fig. 7);

Фиг. 9 - стойка (фронтальный вид);FIG. 9 - stand (front view);

Фиг. 10 - стойка (сечение Б-Б по фиг. 9);FIG. 10 - stand (section BB in Fig. 9);

Фиг. 11 - шпиндельная бабка (фронтальный вид);FIG. 11 - headstock (front view);

Фиг. 12 - шпиндельная бабка (вид сбоку /слева/ по фиг. 11);FIG. 12 - headstock (side view / left / according to Fig. 11);

Фиг. 13 - коробка скоростей шпиндельной бабки (вид сбоку, продольный разрез);FIG. 13 - gearbox of spindle head (side view, longitudinal section);

Фиг. 14 - сечение В-В по фиг. 13;FIG. 14 is a sectional view BB of FIG. 13;

Фиг. 15 - узел (шпиндельный, типовой механический, продольный разрез);FIG. 15 - knot (spindle, standard mechanical, longitudinal section);

Фиг. 16 - блок-схема интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками (АМП);FIG. 16 is a block diagram of an intelligent adaptive process control system for cutting machines with a spindle assembly with active magnetic bearings (AMP);

Фиг. 17 - схема управления типовым активным магнитным подшипником (АМП);FIG. 17 is a control circuit of a typical active magnetic bearing (AMP);

Фиг. 18 - блок-схема системы электрошпинделя (основные подсистемы гаммы типовых электрошпинделей приводов главного движения);FIG. 18 is a block diagram of an electrical spindle system (main subsystems of a range of typical electrical spindles of main motion drives);

Фиг. 19 - фотоснимок типовой конструкции электрошпинделя (с частичным продольным вырезом, аксонометрия);FIG. 19 is a photograph of a typical electrical spindle design (with partial longitudinal notch, axonometry);

Фиг. 20 - структурная схема высокоскоростной шпиндельной системы (шпиндельного узла) фирмы «Ibag» на активных магнитных подшипниках (АМП);FIG. 20 is a block diagram of a high-speed spindle system (spindle assembly) made by Ibag on active magnetic bearings (AMP);

Фиг. 21 - продольный разрез общего вида электрошпинделя с АМП модели «IBAG HF 200 MA 40 K»;FIG. 21 is a longitudinal section of the general appearance of the electrical spindle with the AMP of the IBAG HF 200 MA 40 K model;

Системы, агрегаты, узлы, механизмы и иные конструктивные элементы заявленного экспериментального стенда в графических материалах обозначены следующими позициями:Systems, units, assemblies, mechanisms and other structural elements of the declared experimental test bench in graphic materials are indicated by the following positions:

Общий вид стенда (фиг. 1 - фиг. 3):General view of the stand (Fig. 1 - Fig. 3):

1 - станина;1 - bed;

2 - стол-салазки;2 - table-sled;

3 - стойка;3 - stand;

4 - бабка (шпиндельная);4 - grandma (spindle);

5 - коробка скоростей (шпиндельной бабки 4);5 - gearbox (spindle head 4);

6 - гидроцилиндр (переключения скоростей в коробке 5 скоростей);6 - hydraulic cylinder (switching speeds in the box 5 speeds);

7 - гидроцилиндр (отжима инструмента);7 - hydraulic cylinder (pressing tool);

8 - кожух (защиты гидроцилиндра 7 отжима инструмента);8 - a casing (protection of the hydraulic cylinder 7 for pressing the tool);

9 - кронштейн (для уравновешивающего груза-противовеса);9 - bracket (for balancing load-counterweight);

10 - станция СОЖ;10 - coolant station;

11 - передача (ходовой винт-гайка качения привода 12);11 - transmission (drive screw-nut drive drive 12);

12 - привод (перемещения стола 21);12 - drive (movement of the table 21);

13 - ограждение (защитное рабочей зоны стола-салазок 2);13 - fencing (protective working area of the table-sled 2);

14 - узел (шпиндельный, типовой механический);14 - node (spindle, standard mechanical);

15 - ящик (для инструмента);15 - box (for the tool);

16 - стол (универсальный);16 - table (universal);

17 - гидростанция;17 - hydraulic station;

18 - электрошкаф;18 - electrical cabinet;

19 - система ЧПУ (с пультом управления).19 - CNC system (with control panel).

20 - салазки (стола-салазок 2);20 - sled (table-sled 2);

21 - стол (стола-салазок 2).21 - table (table-sled 2).

Кинематическая схема стенда (фиг. 4):Kinematic scheme of the stand (Fig. 4):

22 - привод (перемещения салазок 20);22 - drive (movement of the slide 20);

23 - привод (перемещения шпиндельной бабки 4);23 - drive (movement of the spindle head 4);

24 - привод (вращения зубчатых колес 29-33 коробки 5 скоростей);24 - drive (rotation gears 29-33 boxes 5 speeds);

25 - электродвигатель (привода перемещения салазок 20);25 - motor (drive movement of the slide 20);

26 - электродвигатель (привода перемещения стола 21);26 - motor (drive movement of the table 21);

27 - электродвигатель (привода перемещения бабки 4 шпиндельной);27 - electric motor (drive movement of the headstock 4 spindle);

28 - электродвигатель (привода 24 коробки 5 скоростей);28 - electric motor (drive 24 boxes 5 speeds);

29, 30, 31, 32, 33 - колеса (зубчатые коробки 5 скоростей);29, 30, 31, 32, 33 - wheels (gear boxes 5 speeds);

34 - муфты (безлюфтовые для соединения приводов 12, 22, 23, 24 с соответствующими электродвигателями).34 - couplings (no backlash for connecting the drives 12, 22, 23, 24 with the corresponding electric motors).

Станина стенда (фиг. 5 и фиг. 6):Stand bed (Fig. 5 and Fig. 6):

35 - лента (защиты ленточной направляющих станины 1);35 - tape (protection belt guides of the bed 1);

36 - винты (для жесткого закрепления одного конца ленты 2 защиты ленточной направляющих станины 1);36 - screws (for rigid fastening of one end of the tape 2 to protect the belt guides of the bed 1);

37 - планка (для закрепления ленты 2 посредством винтов 11);37 - bar (for fastening the tape 2 with screws 11);

38 - винт (натяжной для второго конца ленты 2 защиты ленточной направляющих станины 1);38 - screw (tension for the second end of the tape 2 to protect the belt guides of the bed 1);

39 - поверхность (станины 1);39 - surface (bed 1);

40 - поверхность (станины 1);40 - surface (bed 1);

41, 42 - опоры (станины 1 регулируемые виброгасящие);41, 42 - supports (base 1 adjustable vibration damping);

43 - головка (считывающая линейного преобразователя, закрепленная на станине 1);43 - head (reading linear transducer, mounted on the base 1);

44 микровыключатели (крайних положений перемещения салазок 20 стола-салазок 2);44 microswitches (extreme positions of movement of a sled 20 of a table-sled 2);

45 - микровыключатель (выхода салазок стола-салазок 2 в референтную точку /т.е., в нулевую точку отсчета перемещения данного органа).45 - microswitch (output of the slide of the table-slide 2 to the reference point / i.e., to the zero point of reference of the movement of this organ).

46 - микровыключатели (аварийной остановки салазок стола-салазок 2);46 - microswitches (emergency stop sled table-sled 2);

47 - окно (для стока отработанной смазки в лоток станины 1);47 - window (for the drain of used lubricant in the bed tray 1);

48 - крышка (для транспортировочного отверстия стенда);48 - cover (for the transport opening of the stand);

Стол-салазки стенда (фиг. 7 и фиг. 8).Table-sled stand (Fig. 7 and Fig. 8).

49 - лента (ленточной защиты направляющих салазок 20 стола-салазок 2;49 - tape (tape protection of the guide sled 20 of the table-sled 2;

50 - датчик (отсчета перемещения стола 21 в виде линейного преобразователя).50 - sensor (reference movement of the table 21 in the form of a linear transducer).

Стойка 3 стенда (фиг. 9 и фиг. 10):Stand 3 stand (Fig. 9 and Fig. 10):

51 - щитки (пластинчатой /щитковой/ защиты направляющих скольжения стойки);51 - flaps (lamellar / flap / protection guides sliding racks);

52 - планки (направляющие для щитков 51);52 - strips (guides for flaps 51);

53 - электродвигатель (высокомоментный для привода 23 перемещения шпиндельной бабки 4);53 - electric motor (high torque to drive 23 move spindle head 4);

54 - кронштейны (блоков для тросов противовеса 55);54 - brackets (units for counterweight ropes 55);

55 - противовес;55 - counterweight;

56 - винты (регулировки длины тросов противовеса 55);56 - screws (adjusting the length of the counterweight cables 55);

57 - микровыключатель (для отключение перемещения шпиндельной бабки 4 в крайних верхнем и нижнем положениях);57 - microswitch (to disable the movement of the spindle head 4 in the extreme upper and lower positions);

58 - микровыключатель (аварийного отключения перемещения шпиндельной бабки 4);58 - microswitch (emergency shutdown of the movement of the spindle head 4);

59 - микровыключатель (обеспечения выхода шпиндельной бабки 4 в референтную /нулевую/ точку);59 - microswitch (to ensure the output of the spindle head 4 to the reference / zero / point);

60 - линейка (датчика /в виде линейного преобразователя/ отсчета перемещений шпиндельной бабки 4);60 - ruler (sensor / in the form of a linear transducer / reference of the movements of the spindle head 4);

Шпиндельная бабка 4 стенда (фиг. 11 и фиг. 12):Headstock 4 stands (Fig. 11 and Fig. 12):

61 - головка (датчика перемещений /в виде линейного преобразователя/ шпиндельной бабки 4);61 - head (displacement sensor / in the form of a linear converter / headstock 4);

62 - зажим (инструмента);62 - clamp (tool);

63 - блоки (для тросов уравновешивающего груза);63 - blocks (for cables of balancing load);

64 - пульт (управления шпиндельной бабкой 4);64 - remote control (headstock control 4);

65 - кулачок (отключения соответствующих перемещений шпиндельной бабки 4);65 - cam (turn off the corresponding movements of the spindle head 4);

66 - микровыключатель (подачи сигнала о зажатом инструменте);66 - microswitch (signal about the clamped tool);

67 - микровыключатель (подачи сигнала об отжатом инструменте);67 - microswitch (signal about the pressed tool);

68 - кулачок (для микровыключателей 66 и 67, соединенный со штоком гидроцилиндра зажима инструмента);68 — cam (for microswitches 66 and 67, connected to the cylinder of the tool clamping hydraulic cylinder);

69 - муфта (для соединения шпиндельного устройства 14 с коробкой 5 скоростей);69 - coupling (for connecting the spindle device 14 with the gearbox 5 speeds);

70 - опора (для установки двигателя 28).70 - support (for installation of the engine 28).

Коробка 5 скоростей стенда (фиг. 13 и фиг. 14):Box 5 stand speeds (Fig. 13 and Fig. 14):

71 - гидроцилиндр (гидросистемы для переключения диапазонов скоростей коробки 5 скоростей);71 - hydraulic cylinder (hydraulic systems for switching the speed ranges of the gearbox 5 speeds);

72 - шток (гидроцилиндра 71);72 - rod (hydraulic cylinder 71);

73 - шарик (подпружиненный шарикового фиксатора положения штока 72);73 - ball (spring-loaded ball lock position of the rod 72);

74, 75, 76 - микровыключатели (подачи сигнала в систему ЧПУ о том, что переключение диапазона скоростей шпинделя произведено);74, 75, 76 - microswitches (signals to the CNC system that the spindle speed range was switched);

77 - отверстие (для слива смазки).77 - hole (to drain the grease).

Типовая конструкция механического шпиндельного узла 14 стенда (фиг. 15).Typical design of the mechanical spindle assembly 14 of the stand (Fig. 15).

78 - гильза (типового шпиндельного узла);78 - sleeve (standard spindle assembly);

79 - шпиндель (типового шпиндельного узла);79 - spindle (standard spindle assembly);

80, 81 - роликоподшипники (прецизионные радиальные двухрядные);80, 81 - roller bearings (precision radial double row);

82 - шарикоподшипник (упорно-радиальный двухрядный);82 - ball bearing (radial-thrust two-row);

83 и 84 - гайки (для осуществления натяга подшипников);83 and 84 - nuts (for the implementation of the tension of the bearings);

85 и 86 - клеммы (для стопорения гаек 83 и 84);85 and 86 - terminals (for locking the nuts 83 and 84);

87 - пружины (тарельчатые);87 - spring (cup);

88 - толкатель;88 - pusher;

89 - цанга;89 - collet;

90 - втулка (обжима лепестков цанги 89, запирающих грибок 91);90 - sleeve (crimping collet petals 89, locking the fungus 91);

91 - грибок (инструментальной оправки);91 - fungus (tool holder);

92 - выступ (фиксирующий);92 - protrusion (locking);

Блок-схема исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания (фиг. 16):The block diagram of the investigated intellectual system of adaptive control of the cutting process (Fig. 16):

93 - датчики (передние, пространственного положения ротор-шпинделя 100, бесконтактные, например, оптические, для контроля и измерения отклонения оси вращения ротор-шпинделя 100 /и, соответственно, радиального зазора в АМП 97 /переднем радиально-упорном/, от технологически заданного пространственного положения в процессе резания /механообработки эталонной заготовки в режиме реального времени/, в количестве двух штук, пространственно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя шпиндельного узла со смещением один относительно другого в окружном направлении на 90° /второй датчик на фиг. 16 условно не показан, вследствие двумерного изображения схемы/);93 - sensors (front, the spatial position of the rotor-spindle 100, contactless, for example, optical, to monitor and measure the deviation of the axis of rotation of the rotor-spindle 100 / and, accordingly, the radial clearance in the AMP 97 / front radial-thrust / from the technologically specified spatial position in the process of cutting / machining of the reference blank in real time /, in an amount of two pieces, spatially located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle of the spindle assembly with an offset one flax other in the circumferential direction of 90 ° / the second sensor in Fig. 16 is conventionally not shown, due to the two-dimensional image of the scheme /);

94 - датчики (задние, положения ротор-шпинделя 100, и, соответственно, радиального зазора в АМП 98 /заднем/, бесконтактные, например, оптические, для контроля и измерения отклонения оси вращения ротор-шпинделя 100 от технологически заданного пространственного положения в процессе резания /механообработки эталонной заготовки в режиме реального времени/, в количестве двух штук, пространственно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя шпиндельного узла со смещением один относительно другого в окружном направлении на 90° /второй датчик на фиг. 16 условно не показан, вследствие двумерного изображения схемы/);94 - sensors (rear, rotor-spindle positions 100, and, accordingly, radial clearance in AMP 98 / rear /, contactless, for example, optical, for monitoring and measuring the deviation of the axis of rotation of the rotor-spindle 100 from the technologically specified spatial position during cutting / machining the reference blank in real time /, in the amount of two pieces, spatially located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle of the spindle assembly with displacement of one relative to the other in the circumferential direction by 90 ° / the second sensor in Fig. 16 is conventionally not shown, due to the two-dimensional image of the scheme /);

95 - датчики (бесконтактные, например, оптические, для контроля частоты вращения и пространственного положения заднего конца ротор-шпинделя 100, т.е., отклонения его конца от технологически заданного пространственного положения в процессе резания /механообработки эталонной заготовки в режиме реального времени/, в количестве двух штук, пространственно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя шпиндельного узла со смещением один относительно другого в окружном направлении на 90° /второй датчик на фиг. 16 условно не показан, вследствие двумерного изображения схемы/);95 - sensors (contactless, for example, optical, to control the rotational speed and the spatial position of the rear end of the rotor-spindle 100, i.e., the deviation of its end from the technologically predetermined spatial position in the process of cutting / machining the reference workpiece in real time /, in the amount of two pieces, spatially located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle of the spindle assembly with an offset of 90 ° relative to each other in the circumferential direction / the second sensor in Fig. 16 is conditionally not coupled, scheme due to the two-dimensional /) image;

96 - датчики (бескконтактные, например, оптические, для контроля пространственного положения переднего конца инструментальной оправки, т.е., измерения пространственного отклонения оси вращения конца инструментальной оправки (за счет изгиба и вибраций) от ее технологически заданного пространственного положения в процессе резания /механообработки эталонной заготовки в режиме реального времени/, в количестве двух штук, пространственно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя шпиндельного узла со смещением один относительно другого в окружном направлении на 90° /второй датчик на фиг. 16 условно не показан, вследствие двумерного изображения схемы/);96 - sensors (contactless, for example, optical, for monitoring the spatial position of the front end of the tool holder, i.e., measuring the spatial deviation of the axis of rotation of the end of the tool holder (due to bending and vibrations) from its technologically specified spatial position during cutting / machining reference blank in real time /, in the amount of two pieces, spatially located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle of the spindle assembly with one offset . In relative each other in the circumferential direction by 90 ° / second sensor in FIG 16 is not shown, circuits /) due to the two-dimensional image;

97 - подшипник (активный магнитный /АМП/, передний, радиально-упорный);97 - bearing (active magnetic / AMP /, front, angular contact);

98 - подшипник (активный магнитный /АМП/, задний, радиальный);98 - bearing (active magnetic / AMP /, rear, radial);

99 - электромотор (асинхронный);99 - electric motor (asynchronous);

100 - ротор-шпиндель (шпиндельного узла в виде электрошпинделя);100 - rotor-spindle (spindle assembly in the form of an electrical spindle);

101 - преобразователь (аналого-цифровой, /АЦП/);101 - converter (analog-digital, / ADC /);

102 - преобразователь (цифро-аналоговый /ЦАП/);102 - converter (digital-analog / D / A);

103 - усилитель (мощности по току);103 - amplifier (power over current);

104 - контроллер (цифровой управления интеллектуальной системой адаптивного управления процессом резания);104 - controller (digital control of the intelligent system of adaptive control of the cutting process);

105 - преобразователь (аналого-цифровой, /АЦП/);105 - converter (analog-digital, / ADC /);

106 - контроллер (цифровой управления электромотором 99);106 - controller (digital control of the electric motor 99);

107 - подсистема (измерения и регистрации пространственного положения конца инструментальной оправки);107 — subsystem (measuring and recording the spatial position of the end of the tool holder);

108 - система (числового программного управления /ЧПУ/ испытательного стенда);108 - system (numerical control / CNC / test bench);

109 - преобразователь (аналого-цифровой, /АЦП/)109 - converter (analog-digital, / ADC /)

Типовая конструкция шпиндельного узла в виде электрошпинделя/моторшпинделя/ - фиг. 19:The typical design of the spindle assembly in the form of an electric spindle / motorspindle / - FIG. nineteen:

110 - устройство (зажима инструмента);110 - device (tool clamping);

111 - подшипники (гибридные керамические);111 - bearings (hybrid ceramic);

112 - фланец;112 - flange;

113 - щетки (антистатические);113 - brushes (antistatic);

114 - средство (гидравлического разжима инструмента);114 - tool (hydraulic unclenching tool);

115 - датчики (контроля положения шпинделя /ротора/);115 - gauges (spindle / rotor position monitoring);

116 - датчик (контроля положения поршня);116 - sensor (control position of the piston);

117 - дренаж117 - drainage

118 - средство (автоматической компенсации осевого расширения шпиндельного вала /шпинделя/);118 means (automatic compensation of axial expansion of the spindle shaft / spindle /);

119 - датчики (измерения температуры гибридных керамических подшипников 111);119 - sensors (temperature measurement of hybrid ceramic bearings 111);

120 - регистратор (данных);120 - recorder (data);

121 - датчик (вибраций ротора электрошпинделя);121 - sensor (rotor vibrations of the electrical spindle);

122 - конфигурация (установки подшипников для оптимально высокой осевой жесткости);122 - configuration (installation of bearings for optimally high axial stiffness);

123 - средство (для обеспечения гидравлического преднатяга);123 — means (for providing hydraulic preload);

124 - энкодер (для векторного контроля и пространственной ориентации ротора /шпинделя/ электрошпинделя /шпиндельного узла);124 - encoder (for vector control and spatial orientation of the rotor / spindle / electric spindle / spindle assembly);

125 - устройство (подачи смазочно-охлаждающей жидкости /СОЖ/ через центр шпинделя /ротора электрошпинделя/);125 - device (supply of coolant / coolant / through the center of the spindle / rotor of the electric spindle /);

126 - удлинение (шпинделя /ротора электрошпинделя/);126 - elongation (spindle / rotor of the electrospindle /);

Конструкция стенда для испытания (исследования) интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках включает следующие основные и вспомогательные конструктивно-технологические механизмы, узлы и системы (см. фиг. 1-фиг. 16).The design of the test bench (research) of the intelligent system of adaptive control of the cutting process on metal-cutting machines includes the following main and auxiliary structural and technological mechanisms, components and systems (see Fig. 1-Fig. 16).

Базовую мехатронную структуру с системой 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) числового программного управления (ЧПУ), включающей аппаратную платформу с технологически заданным программным обеспечением, и шпиндельным узлом 14 с активными магнитными подшипниками (АМП) 97 и 98, функционально являющимися передней и задней опорами ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла, а также с закрепленной на рабочем конце ротор-шпинделя 100 инструментальной оправкой. Шпиндельный узел 14 конструктивно сформирован с возможностью размещения в концевых зонах его ротор-шпинделя 100 и, соответственно, зонах расположения АМП 97 и 98, контрольно-измерительных структур в виде двух пар бесконтактных датчиков 93 и 94 пространственного положения оси ротор-шпинделя 100 и, соответственно, зазора в АМП 93 и 94. Упомянутые структуры, устанавливаются в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла 14 парами, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении в каждой паре и функционально являются средствами регистрации и передачи данных в упомянутую систему 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) ЧПУ посредством аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей 101, 105, 109 и 102, соответственно, исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания.The basic mechatronic structure with system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) of numerical control (CNC), including a hardware platform with technologically specified software, and spindle assembly 14 with active magnetic bearings (AMP) 97 and 98, functionally being the front and rear supports of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly, and also with the tool mandrel attached to the working end of the rotor-spindle 100. Spindle unit 14 is structurally formed with the possibility of placing in the end zones of its rotor-spindle 100 and, respectively, areas of the location of the AMP 97 and 98, measuring and measuring structures in the form of two pairs of contactless sensors 93 and 94 of the spatial position of the axis of the rotor-spindle 100 and , the gap in AMP 93 and 94. The mentioned structures are installed in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly 14 pairs, offset by 90 ° from each other in the circumferential direction in each pair and function They are logging and transmitting data into said system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) CNC by means of analog-digital and digital-analog converters 101, 105, 109 and 102, respectively, of the intelligent adaptive cutting process control system under study.

Стенд также включает средство нагружения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла 14 внешней нагрузкой, соответствующей рабочей нагрузке в реальных условиях эксплуатации шпиндельного узла 14 в виде электрошпинделя с ротор-шпинделем 100, установленным на опорах с АМП 97 и 98.The stand also includes a means of loading the rotor-spindle 100 of the spindle assembly 14 with an external load corresponding to the working load under actual operating conditions of the spindle assembly 14 in the form of an electric spindle with a rotor-spindle 100 mounted on supports with AMP 97 and 98.

Средством нагружения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла 14 (в виде электрошпинделя) упомянутой внешней нагрузкой функционально является закрепленная на рабочем конце ротор-шпинделя 100 инструментальная оправка, за счет восприятия ею действительных рабочих динамических нагрузок от инструмента в процессе реальной механической лезвийной обработки эталонного образца заготовки в реальном масштабе времени испытания вышеупомянутой интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания.The means of loading the rotor-spindle 100 of the spindle assembly 14 (in the form of an electro-spindle) the said external load is functionally an instrumental mandrel attached to the working end of the rotor-spindle 100, due to its perception of the actual working dynamic loads from the tool during the actual mechanical blade processing of the reference sample of the workpiece Real-time testing of the above-mentioned intelligent adaptive cutting process control system.

Корпусная сборочная единица непосредственно шпиндельного узла 14 в виде электрошпинделя оснащена, также, средствами для размещения в зоне рабочего конца установленной в ней инструментальной оправки, а также, в зоне заднего конца ротор-шпинделя 100, двух пар дополнительных бесконтактных датчиков 96 и 95, соответственно. Упомянутые средства конструктивно выполнены с возможностью обеспечения установки упомянутых датчиков 96 и 95, в каждой паре, в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла 14 со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении. Датчики 96 и 95 функционально являются средствами регистрации и контроля пространственного положения конца инструментальной оправки, а значит - пространственного положения непосредственно инструмента, и заднего конца ротор-шпинделя 100, соответственно, коммутативно связанными через соответствующие преобразующие структуры исследуемой интеллектуальной системы адаптивного управления с программно-аппаратной платформой упомянутой системы 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) ЧПУ.The body assembly unit of the spindle assembly 14 in the form of an electric spindle is also equipped with means for placing in the area of the working end of the tool holder installed in it, as well as, in the area of the rear end of the rotor-spindle 100, two pairs of additional proximity sensors 96 and 95, respectively. The said means are structurally arranged to provide installation of the said sensors 96 and 95, in each pair, in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly 14 with an offset of 90 ° from one another in the circumferential direction. The sensors 96 and 95 functionally are the means of recording and monitoring the spatial position of the end of the tool holder, and hence the spatial position of the tool itself, and the rear end of the rotor-spindle 100, respectively, commutatively connected through the appropriate transformative structures of the studied intelligent adaptive control system with the hardware-software platform the aforementioned system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) CNC.

Передняя опора шпиндельного узла 14 выполнена в виде радиально-упорного АМП 97.The front support spindle node 14 is made in the form of a radial-resistant AMP 97.

Базовая мехатронная структура конструктивно организована на основе трехкоординатного металлорежущего станка особо высокой точности (т.е., класса точности С) с системой 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) ЧПУ и вертикальным расположением оси ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла 14.The basic mechatronic structure is structurally organized on the basis of a three-coordinate metal-cutting machine of especially high accuracy (i.e., accuracy class C) with system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) CNC and vertical arrangement of the rotor-spindle axis 100 of the spindle assembly 14 .

Упомянутый станок включает управляемые посредством системы 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) ЧПУ вспомогательные функциональные системы, а также следующие основные конструктивные узлы:The mentioned machine includes managed by the system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) CNC auxiliary functional systems, as well as the following main structural units:

- станину 1 с плоской и V-образной направляющими, поверхности которых оснащены текстолитовым покрытием, а также имеют средства защиты от загрязнения в виде ленточной структуры со средством регулировки натяжения ленты 35;- frame 1 with flat and V-shaped guides, the surfaces of which are equipped with a textolite coating, and also have means of protection against contamination in the form of a tape structure with means of adjusting the tension of the tape 35;

- установленные на направляющих станины 1 салазки 20 стола-салазок 2 с управляемым системой ЧПУ прецизионным приводом 22 их перемещения, при этом, верхние направляющие салазок 20 (предназначенные для установки стола 21, также оснащенного управляемым системой 19 /фиг. 3/ или 108 /фиг. 16/ ЧПУ прецизионным приводом его перемещения) выполнены конструктивно идентично вышеописанным направляющим станины 1 и также оснащены аналогичным средством защиты от загрязнения в виде ленточной структуры со средством регулировки натяжения ленты; данная ленточная структура, конструктивно-пространственно организована с возможностью обеспечения регулировки натяга прижатия направляющих стола 21 стола-салазок 2 к ответным направляющим с текстолитовым покрытием салазок 20, за счет охвата упомянутой лентой роликов, смонтированных в салазках 20 стола-салазок 2;- mounted on the guides of the bed 1 of the slide 20 of the table-slide 2 with a precision-driven drive 22 controlled by the CNC, moving them, while the upper guides of the slide 20 (intended for installing the table 21, also equipped with a controlled system 19 / Fig. 3 / or 108 / Fig 16 / CNC precision drive of its movement) are made constructively identical to the above-described bed 1 guides and are also equipped with a similar means of protection against contamination in the form of a tape structure with a means of adjusting the belt tension; this tape structure is structurally organized with the possibility of adjusting the tightness of pressing the guide table 21 of the sled table 2 to counter-guides with a textolite coated sled 20, due to the coverage of the rollers mounted in the sled 20 of the sled table 2;

- вертикальную стойку 3 с передними и задними направляющими и установленную на передних направляющих стойки 3 шпиндельную бабку 4 с управляемым системой 19 (фиг. 3) или 108 (фиг. 16) ЧПУ прецизионным приводом 23 ее перемещения, конструктивно включающую в себя коробку 5 скоростей и шпиндельный узел 14, размещенный в конструктивной структуре средства для установки шпиндельного узла 14 в шпиндельной бабке 4; при этом шпиндельная бабка 4 оснащена уравновешивающими грузами - противовес 55, установленными с возможностью рабочего перемещения по задним направляющим стойки 3 посредством регулируемых по длине гибких связей, концы которых закреплены на корпусе шпиндельной бабки 4 и, соответственно, на уравновешивающих грузах (противовесе 55), а задние направляющие стойки 3 оснащены средством их защиты от загрязнения в виде пластинчатой телескопической структуры;- a vertical stand 3 with front and rear guides and a spindle head 4 mounted on the front guides of the rack 3 with the system 19 (Fig. 3) or 108 (Fig. 16) controlled by the CNC, with a precision drive 23 of its movement, structurally including a box of 5 speeds and spindle assembly 14 housed in the structural structure of the means for mounting the spindle assembly 14 in the spindle head 4; the headstock 4 is equipped with balancing weights — a counterweight 55, installed with the possibility of working movement along the rear rails of the rack 3 by means of flexible links that are adjustable along the length, the ends of which are fixed to the body of the headstock 4 and, accordingly, on balancing weights (counterweight 55), and rear guide racks 3 are equipped with a means of protection from contamination in the form of a plate telescopic structure;

- кроме того, структура средства для установки шпиндельного узла 14 в шпиндельной бабке 4 конструктивно сформирована с возможностью установки на шпиндельной бабке 4 как шпиндельного узла 14 в виде типового механического шпиндельного узла (фиг. 15), так и шпиндельного узла мехатронного типа, выполненного в виде электрошпинделя с АМП (фиг. 16, фиг. 18 - фиг. 21), оснащенного вышеупомянутами контрольно-измерительными структурами на основе соответствующих датчиков 93, 94, 95, 96 пространственного положения оси вращения его ротор-шпинделя 100.- in addition, the structure of the means for mounting the spindle assembly 14 in the headstock 4 is structurally formed with the possibility of installing on the spindle headstock 4 both the spindle assembly 14 in the form of a typical mechanical spindle assembly (FIG. 15) and a spindle assembly of mechatronic type, made in the form electric spindle with AMP (Fig. 16, Fig. 18 - Fig. 21), equipped with the above-mentioned control and measuring structures based on the respective sensors 93, 94, 95, 96 of the spatial position of the axis of rotation of its rotor-spindle 100.

Оптимально, чтобы вышеупомянутые прецизионные приводы перемещения основных конструктивных узлов стенда были бы выполнены в виде передачи ходовой винт - гайка качения и были бы оснащены электродвигателями, преимущественно, серводвигателями.Optimally, the aforementioned precision drives for moving the main structural components of the stand would be made in the form of a drive screw - rolling gear transmission and would be equipped with electric motors, mainly servo motors.

Целесообразно, чтобы упомянутые взаимоподвижные основные конструктивные узлы были бы оснащены: средствами автоматического отключения их прецизионных приводов в крайних положениях; средствами автоматического аварийного отключения этих приводов; автоматическими средствами обеспечения выхода в референтную точку - то есть, в нулевую точку отсчета движения соответствующего узла; средствами для отсчета перемещения соответствующих узлов, выполненными в виде линейных преобразователей, коммутативно связанных с системой ЧПУ.It is advisable that the mentioned mutually movable basic structural units would be equipped with: means for automatically turning off their precision drives in extreme positions; means of automatic emergency shutdown of these drives; automatic means to ensure access to the reference point - that is, to the zero point of reference of the movement of the corresponding node; means for counting the movement of the corresponding nodes, made in the form of linear transducers, commutatively connected with the CNC system.

Шпиндельный узел может быть выполнен, например, в виде электрошпинделя модели «IBAG 200 МА 40К».The spindle unit can be made, for example, in the form of an electrical spindle of the “IBAG 200 MA 40K” model.

Как правило, вышеупомянутые вспомогательные функциональные системы стенда должны быть выполнены в виде:As a rule, the aforementioned auxiliary functional systems of the stand should be made in the form:

- гидросистемы, функционально являющейся средством отжима инструмента в шпинделе, переключения диапазонов скоростей привода главного движения стенда, смазки коробки скоростей и подачи масла в систему централизованной периодической смазки;- the hydraulic system, which is functionally a means of pressing the tool in the spindle, switching the speed ranges of the main drive of the stand, lubricating the gearbox and supplying oil to the centralized system of periodic lubrication;

- системы централизованной смазки, функционально являющейся средством периодической централизованной смазки: на стойке - подшипников ходового винта перемещения шпиндельной бабки; на станине - подшипников ходового винта перемещения салазок стола-салазок; на шпиндельной бабке - гайки ходового винта перемещения шпиндельной бабки по направляющим и обратных планок; на салазках стола-салазок - подшипников ходового винта перемещения стола, гайки ходового винта перемещения салазок, направляющих пары салазки-станина; на столе - гайки ходового винта перемещения стола, направляющих стол-салазки;- centralized lubrication systems, functionally being a means of periodic centralized lubrication: on the rack - bearings of the spindle moving the headstock; on the frame - bearings of the lead screw for moving the sled of the sled-table; on the headstock - spindle nuts move the headstock along the guides and reverse slats; on the sled of the sled table - bearings of the lead screw for moving the table, nuts for the running screw for moving the sled, guides the pairs of the sled-bed; on the table - the lead screw for moving the table, guides the table-sled;

- системы пневмооборудования, функционально являющейся средством охлаждения шпиндельного узла;- pneumatic equipment system, functionally being a means of cooling the spindle assembly;

Гидросистема, в разумном исполнении, должна быть выполнена в виде конструктивно и технологически взаимосвязанных:The hydraulic system, in reasonable performance, should be made in the form of a constructive and technologically interconnected:

- гидростанции (например, типа СВ-М5А-40-Н-1,1-3-6,3), включающей: насос, фильтр, аккумулятор, реле давления, гидроблок с аппаратурой модульного типа;- hydraulic stations (for example, type CB-M5A-40-H-1.1-3-6.3), including: pump, filter, accumulator, pressure switch, hydraulic unit with modular equipment;

- гидроаппаратуры, установленной на стенде;- hydraulic equipment installed on the stand;

- исполнительных органов в виде гидроцилиндра переключения скоростей и гидроцилиндра отжима инструмента.- executive bodies in the form of a hydraulic cylinder for switching speeds and a hydraulic cylinder for pressing the tool.

Система централизованной смазки, как правило, включает: распределитель; клапан редукционный; центральный питатель, в состав которого входит узел со штоком-индикатором, функционально являющийся средством контроля работы упомянутого питателя визуально и автоматически; микропереключатель; вторичные питатели, которые расположены на салазках, на столе, на стойке и на шпиндельной бабке.The system of centralized lubrication, as a rule, includes: distributor; pressure reducing valve; the central feeder, which includes a node with a rod-indicator, functionally being a means of controlling the work of said feeder visually and automatically; microswitch; secondary feeders, which are located on the sled, on the table, on the rack and on the spindle headstock.

Система пневмооборудования, как правило, включает: компрессор с ресивером, станцию осушения и охлаждения воздуха, а также панель подготовки воздуха и пневмораспределители.The system of pneumatic equipment, as a rule, includes: a compressor with a receiver, an air drying and cooling station, as well as an air preparation panel and pneumatic distributors.

Стенд устанавливается на фундаменте на четырех регулируемых виброгасящих опорах 41, 42 что обеспечивает необходимые динамические характеристики в соответствии с техническими условиями.The bench is installed on the foundation on four adjustable vibration-suppressing supports 41, 42 that provides the necessary dynamic characteristics in accordance with the technical conditions.

Более детальное описание основных узлов стенда приведено ниже.A more detailed description of the main components of the stand is given below.

Базовая структура стенда включает: станину 1; стол-салазки 2 (с взаимоподвижными салазками 20 и столом 21); стойку 3 вертикальную; бабку 4 шпиндельную; коробку 5 скоростей (шпиндельной бабки 4); гидроцилиндр 6 переключения скоростей (коробки 5 скоростей); шпиндельный узел 14 (в, частности, типовой механический); гидроцилиндр 7 отжима инструмента шпиндельного узла 14; кожух 8 защиты гидроцилиндра 7 отжима инструмента; кронштейн 9 для уравновешивающего груза-противовеса 55; станцию 10 СОЖ; передачу 11 ходовой винт-гайка качения привода 12; привод 12 перемещения стола 21 стола-салазок 2; ограждение 13 рабочей зоны стола-салазок 2; 15 - ящик 15 для инструмента; стол 16 универсальный; гидростанцию 17; электрошкаф 18; систему 19 ЧПУ с пультом управления.The basic structure of the stand includes: bed 1; table-sled 2 (with a movable sled 20 and table 21); rack 3 vertical; headstock 4 spindle; a box of 5 speeds (spindle head 4); 6 shift cylinder (gearbox 5 speeds); spindle assembly 14 (in particular, standard mechanical); hydraulic cylinder 7 pressing tool spindle node 14; casing 8 protection cylinder 7 pressing tool; bracket 9 for balancing weight-counterweight 55; station 10 coolant; transfer 11 running screw-drive nut drive 12; drive 12 to move the table 21 of the sled table 2; fencing 13 of the working area of the sled table 2; 15 - box 15 for the tool; table 16 universal; hydraulic station 17; electrical cabinet 18; 19 CNC system with control panel.

Базовая структура стенда оснащена отечественной системой ЧПУ FlexNC, которая позволяет контролировать параметры процесса лезвийной обработки и организовывать адаптивное управление в соответствии заданными технологическими характеристиками.The basic structure of the stand is equipped with a domestic CNC system FlexNC, which allows you to control the parameters of the blade processing process and organize adaptive control in accordance with the specified technological characteristics.

Конструкция станины 1 показана в графических материалах на фиг. 5 и фиг 6.The construction of the bed 1 is shown in the graphic materials in FIG. 5 and FIG. 6.

Станина 1 выполнена в виде элемента коробчатой формы с внутренними ребрами жесткости. В верхней части станины 1 расположены V-образная и плоская горизонтальные направляющие скольжения для салазок 20 стола-салазок 2. Ответные рабочие поверхности V-образной и плоской формы горизонтальных направляющих скольжения салазок 20 стола-салазок 2 оснащены фторопластовым покрытием (например, в виде наклеенных полос из фторопласта), что обеспечивает плавность перемещения салазок 20 стола-салазок 2 по направляющим станины 1.The bed 1 is made in the form of a box-shaped element with internal stiffening ribs. In the upper part of the frame 1, there is a V-shaped and flat horizontal sliding guides for the sled 20 of the sled table 2. The working surfaces of the V-shaped and flat form of the horizontal sliding guides of the sled 20 of the sled table 2 are equipped with a fluoroplastic coating (for example, glued strips from fluoroplastic), which ensures the smooth movement of the sled 20 of the table-sled 2 along the guides of the bed 1.

Направляющие станины 1 защищены от попадания грязи и стружки ленточной защитой в виде ленты 35.The guide frame 1 is protected from dirt and shavings tape protection in the form of a tape 35.

На станине 1, с одного из ее торцев, лента 35 ленточной защиты закреплена жестко винтами 36 через планку 37, другой конец ленты 35 натягивается регулировочным натяжным винтом 38. Лента 35 огибает ролики, смонтированные в салазках 20 стола-салазок 2. Стружка со стола 21 стола-салазок 2 попадает на поверхности 39 и 40 станины 1, откуда удаляется вручную (щеткой). Утечки масла с направляющих стойки 3, опор ходового винта, направляющих салазок 20 и стола 21 стола-салазок 2 сливаются через окно 47 в станине 1 и собираются в лоток.On the frame 1, from one of its ends, the tape 35 tape protection is fixed rigidly with screws 36 through the bar 37, the other end of the tape 35 is tensioned with an adjusting tension screw 38. The tape 35 bends around the rollers mounted in the sled 20 of the table-sled 2. Chips from the table 21 table-sled 2 falls on the surface 39 and 40 of the frame 1, where it is removed manually (brush). The oil leaks from the rack pillars 3, the lead screw supports, the slide rails 20 and the table 21 of the slide table 2 are poured through window 47 in frame 1 and are collected in a tray.

Между направляющими станины 1 установлен привод 22 перемещения салазок 20 стола-салазок 2. Привод 22 состоит из пары ходовой винт-гайка качения, соединенной безлюфтовой муфтой с высокомоментным электродвигателем мод. АИР M100L4Y2.Between the guides of the frame 1, the actuator 22 is mounted for moving the slide 20 of the table-slide 2. The actuator 22 consists of a pair of rolling screw-nut, connected by a backlash-free coupling with a high-torque electric motor mod. AIR M100L4Y2.

Благодаря этому обеспечивается весь диапазон подач рассматриваемых взаимоподвижных узлов без применения редукторов. Ходовой винт установлен в двух опорах на подшипниках качения.This ensures the entire range of feeds considered mutually movable nodes without the use of gearboxes. The lead screw is installed in two bearings on rolling bearings.

Для отсчета перемещения салазок 20 стола-салазок 2 применен датчик в виде линейного преобразователя. Линейка датчика закреплена на салазках 20 стола-салазок 2, считывающая головка 43 - на станине 1. Координата фактического положения подвижного органа (салазок 20) высвечивается на экране устройства 19 ЧПУ базовой структуры (стенда).To count the movement of the slide of the table-slide 2, a sensor in the form of a linear transducer is used. The sensor ruler is fixed on the sled 20 of the sled table 2, the read head 43 is mounted on the bed 1. The coordinate of the actual position of the movable organ (sled 20) is displayed on the screen of the CNC unit 19 of the basic structure (stand).

Для отключения перемещения салазок 20 стола-салазок 2 в крайних положениях, установлены по 2 микровыключателя: микровыключатели 44 - для отключения перемещения салазок 20 в их крайних положениях; микровыключатели 46 - для аварийного отключения привода 22 перемещения салазок 20 стола-салазок 2.To disable the movement of the slide of the table-2 slide 2 in extreme positions, 2 microswitches are installed: microswitches 44 - to disable the movement of the slide 20 in their extreme positions; microswitches 46 - for emergency shutdown of the drive 22 move the slide 20 of the table-slide 2.

Микровыключатель 45 обеспечивает выход салазок 20 в референтную точку (т.е. в нулевую точку отсчета движения данного органа стенда).The microswitch 45 provides the output of the slide 20 to the reference point (i.e., to the zero point of reference of the movement of this stand body).

В корпусе станины 1 предусмотрены два сквозных отверстия для транспортировки стенда. Отверстия закрыты крышками 48.In the case of the frame 1 there are two through holes for transporting the stand. The holes are covered with lids 48.

Конструкция стола-салазок 2 показана в графических материалах на фиг. 7 и фиг 8.The design of the sled table 2 is shown in the graphic materials in FIG. 7 and FIG. 8.

Стол 21 стола-салазок 2 имеет прямоугольную форму, на рабочей поверхности стола 21 прорезаны Т-образные пазы для закрепления заготовки. Стол 21 устанавливается на салазках 20 стола-салазок 2.Table 21 of the table-sled 2 has a rectangular shape, on the working surface of the table 21 T-shaped grooves are cut to secure the workpiece. Table 21 is mounted on a sled 20 of a sled table 2.

Привод 12 перемещения стола 21 аналогичен приводу перемещения салазок 20 стола-салазок 2 (см. в предыдущем разделе "описание конструкции станины").The drive 12 of the movement of the table 21 is similar to the drive movement of the slide 20 of the table-slide 2 (see in the previous section, "the description of the design of the frame").

Стол 21 перемещается по направляющим салазок 20 стола-салазок 2. Применяемые в стенде направляющие скольжения дают возможность плавно, без рывков перемещать стол 21 и салазки 20 стола-салазок 2.The table 21 moves along the guides of the sled 20 of the sled table 2. The sliding guides used in the stand enable the table 21 and the sled 20 of the sled table 2 to move smoothly without jerks.

Направляющие скольжения стола 21 оснащены ленточной защитой в виде ленты 49 от попадания грязи и стружки. Принцип защиты направляющих стола 21 тот же, что и направляющих салазок 20 стола-салазок 2 и описан в предыдущем разделе "описание конструкции станины". Лента 49 ленточной защиты направляющих стола 21 имеет и другое назначение - она функционально является и средством поджима поверхности направляющих стола 21 к поверхности направляющих салазок 20. Натяжением ленты 49 посредством регулировочных винтов осуществляется поджим стола 21 к салазкам 20 стола-салазок.The slide guides of the table 21 are equipped with tape protection in the form of a tape 49 against ingress of dirt and shavings. The principle of protection of the guide table 21 is the same as that of the guide sled 20 of the table-sled 2 and described in the previous section "description of the bed construction". Tape 49 tape protection guide table 21 has another purpose - it functionally is also a means of pressing the surface of the guide table 21 to the surface of the guide sled 20. The tension of the tape 49 through the adjusting screws presses the table 21 to the sled 20 of the sled table.

Для отключения перемещения стола 21 в крайних положениях и перевода его в референтную точку (т.е. в нулевую точку отсчета движения данного органа стенда) установлены микровыключатели (в графических материалах позициями условно не обозначены).To turn off the movement of the table 21 in extreme positions and transfer it to the reference point (i.e., to the zero point of reference of the movement of this stand body), microswitches (conventionally not indicated in the graphic materials).

Принцип работы микровыключателей аналогичен работе микровыключателей описанных в предыдущем разделе "описание конструкции станины".The principle of operation of microswitches is similar to the operation of microswitches described in the previous section, "description of the bed construction".

Для отсчета перемещения стола 21 применяется датчик 50 в виде линейного преобразователя. Линейка датчика 50 закреплена на столе 21, считывающая головка - на салазках 20 стола-салазок 2.To count the movement of the table 21 is used, the sensor 50 in the form of a linear transducer. The ruler of the sensor 50 is fixed on the table 21, the read head - on the sled 20 of the table-sled 2.

Конструкция стойки 3 показана в графических материалах на фиг. 9 и фиг. 10.The structure of the rack 3 is shown in the graphic materials in FIG. 9 and FIG. ten.

Стойка 3 представляет собой коробчатую отливку с вертикальными V-образной и плоской направляющими скольжения для перемещения шпиндельной бабки 4. Для предотвращения попадания грязи на направляющие скольжения предусмотрена пластинчатая (щитковая) телескопическая защита. Щитки 51 защиты скользят по пазам планок 52. В верхней части стойки установлен высокомоментный двигатель 53 ДАТ100-4,0-1500-У2, кинематически связанный посредством муфты с ходовым винтом привода 23 перемещения шпиндельной бабки 4. Опоры ходового винта закреплены на стойке 3. Гайка ходового винта привода 23 закреплена на шпиндельной бабке 4.The rack 3 is a box-shaped casting with vertical V-shaped and flat sliding guides to move the headstock 4. A lamellar (shield) telescopic protection is provided to prevent dirt from entering the sliding guides. The protection flaps 51 slide along the grooves of the strips 52. A high-torque 53 DAT100-4.0-1500-U2 engine is installed in the upper part of the rack. It is kinematically connected by means of a coupling to the drive screw of the movement 23 of the spindle head 4 movement. drive screw 23 is mounted on the headstock 4.

Кроме того, имеются два кронштейна 54 с блоками для скольжения тросов, к которым подвешивается противовес 55, предназначенный для уравновешивания шпиндельной бабки 4.In addition, there are two brackets 54 with blocks for sliding the cables, to which the counterweight 55 is hung, designed to balance the headstock 4.

Противовес 55 перемещается внутри стойки 3. Для получения равной длины обоих тросов имеются регулировочные винты 56. Отключение движения шпиндельной бабки 4 в крайних положениях осуществляется микровыключателями 57, 58, 59.The counterweight 55 moves inside the rack 3. To obtain an equal length of both cables, there are adjustment screws 56. The movement of the headstock 4 in the extreme positions is turned off by microswitches 57, 58, 59.

Микровыключатели 57 - предназначены для отключение перемещения шпиндельной бабки 4 в крайних верхнем и нижнем положениях. Микровыключатели 58 - предназначены для аварийного отключения перемещения шпиндельной бабки 4. Микровыключатели 59 - обеспечивают выход шпиндельной бабки 4 в референтную (нулевую) точку.Microswitches 57 - are designed to disable the movement of the headstock 4 in the extreme upper and lower positions. Microswitches 58 - designed for emergency shutdown of the movement of the spindle head 4. Microswitches 59 - provide the output of the spindle head 4 to the reference (zero) point.

Для отсчета перемещений шпиндельной бабки 4 используется линейный преобразователь, линейка 60 которого закреплена на стойке 3.To count the movements of the spindle head 4, a linear transducer is used, the ruler 60 of which is fixed on the rack 3.

Конструкция шпиндельной бабки 4 показана в графических материалах на фиг. 11 и фиг. 12.The design of the headstock 4 is shown in the graphic materials in FIG. 11 and FIG. 12.

Шпиндельная бабка 4 перемещается в вертикальном направлении по направляющим стойки 3 с помощью привода 23 конструктивно организованного в виде передачи ходовой винт-гайка качения. Ходовой винт смонтирован в опорах, установленных на стойке 3, гайка качения закреплена на корпусе шпиндельной бабки 4. Отсчет перемещений шпиндельной бабки 4 производится датчиком в виде линейного преобразователя, линейка которого закреплена на стойке 3, а головка 61 установлена на шпиндельной бабке 4.Headstock 4 is moved in the vertical direction along the guides of the rack 3 by means of an actuator 23 structurally arranged in the form of a transmission running screw-rolling nut. The lead screw is mounted in supports mounted on a stand 3, the rolling nut is fixed on the body of the headstock 4. The movement of the headstock 4 is measured by a sensor in the form of a linear transducer, the head of which is fixed on the legs 3, and the head 61 is mounted on the headstock 4.

В шпиндельную бабку 4 входят следующие основные узлы: шпиндельное устройство 14, зажим 62 инструмента, коробка 5 скоростей. По блокам 63 перемещаются тросы, на которых висит уравновешивающий груз противовес 55 шпиндельной бабки 4. На фронтальной стороне шпиндельной бабки 4 расположен пульт 64 управления.The spindle headstock 4 includes the following main components: the spindle device 14, the tool clamp 62, the gearbox 5 speeds. The blocks 63 move the cables on which the counterweight 55 of the spindle head 4 hangs. The balance control 64 is located on the front side of the spindle head 4.

Для отключения перемещения шпиндельной бабки 4 в крайних положениях на корпусе шпиндельной бабки 4 закреплен кулачок 65.To disable the movement of the spindle head 4 in the extreme positions on the body of the spindle head 4 fixed cam 65.

Микровыключатели 57, 58 и 59 установлены на стойке 3 (см. фиг. 9).Microswitches 57, 58 and 59 are installed on the rack 3 (see Fig. 9).

Отключение движения шпиндельной бабки 4 в крайних положениях осуществляется микровыключателями 57, 58, 59 (см. фиг. 9).The shutdown of the headstock 4 in the extreme positions is switched off by microswitches 57, 58, 59 (see Fig. 9).

Микровыключатели 57 - предназначены для отключение перемещения шпиндельной бабки 4 в крайних верхнем и нижнем положениях. Микровыключатели 58 - предназначены для аварийного отключения перемещения шпиндельной бабки 4. Микровыключатели 59 - обеспечивают выход шпиндельной бабки 4 в референтную (нулевую) точку.Microswitches 57 - are designed to disable the movement of the headstock 4 in the extreme upper and lower positions. Microswitches 58 - designed for emergency shutdown of the movement of the spindle head 4. Microswitches 59 - provide the output of the spindle head 4 to the reference (zero) point.

Микровыключатели 66 и 67 предназначены для подачи сигнала об отжатом или зажатом инструменте.Microswitches 66 and 67 are designed to signal the pressed or clamped instrument.

Если кулачок 68, соединенный со штоком гидроцилиндра зажима инструмента, нажимает на микровыключатель 66 - инструмент зажат, если кулачок 68 нажимает на микровыключатель 67 - инструмент отжат.If the cam 68 connected to the cylinder of the tool clamping cylinder presses the microswitch 66 - the tool is clamped, if the cam 68 presses the microswitch 67 - the tool is released.

Шпиндельный узел 14 соединяется с коробкой 5 скоростей гибкой безлюфтовой муфтой 69.The spindle assembly 14 is connected to the 5-speed box by the flexible backlash-free coupling 69.

Привод главного движения (вращение шпинделя) осуществляется от высокомоментного электродвигателя 28 модели ДАТ100-4,0-1500-У2, установленного на опоре 70.The main drive (spindle rotation) is driven from a high-torque electric motor 28 of model DAT100-4.0-1500-U2, mounted on support 70.

Конструкция коробки 5 скоростей показана в графических материалах на фиг. 13 и фиг. 14.The design of the speed box 5 is shown in the graphic materials in FIG. 13 and FIG. 14.

Коробка 5 скоростей обеспечивает два диапазона чисел оборотов выходного вала, соединенного непосредственно со шпинделем шпиндельного узла 14. Переключение с диапазона на диапазон осуществляется от гидросистемы с помощью гидроцилиндра 71.Box 5 speeds provides two ranges of numbers of revolutions of the output shaft connected directly to the spindle of the spindle node 14. Switching from range to range is carried out from the hydraulic system using a hydraulic cylinder 71.

Подавая давление в нижнюю или верхнюю часть гидроцилиндра 71 получаем три положения штока 72. Эти положения фиксируются подпружиненным шариком 73 шарикового фиксатора.By applying pressure to the lower or upper part of the hydraulic cylinder 71, we obtain three positions of the rod 72. These positions are fixed by a spring-loaded ball 73 of the ball retainer.

Верхний диапазон чисел оборотов шпинделя 79 достигается введением в зацепление зубчатого колеса 30 с зубчатым колесом 31.The upper range of numbers of revolutions of the spindle 79 is achieved by the introduction into gearing of the gear wheel 30 with the gear wheel 31.

Диапазон чисел оборотов 6,3…800 достигается введением в зацепление зубчатого колеса 32 с зубчатым колесом 33. При среднем положении зубчатого колеса 30, когда оно выведено из зацепления с зубчатым колесом 31 и не введено в зацепление с зубчатым колесом 33, передачи вращения на шпиндель 79 нет. В пределах каждого диапазона изменение чисел оборотов - бесступенчатое от привода постоянного тока.The speed range 6.3 ... 800 is achieved by introducing into gearing the gear 32 with the gear wheel 33. With the average position of the gear wheel 30, when it is disengaged from the gear wheel 31 and not entered into engagement with the gear wheel 33, the rotation is transmitted to the spindle 79 no. Within each range, the change in speed is infinitely variable from a DC drive.

Верхний, нижний диапазоны скоростей вращения шпинделя 79 и среднее положение (нулевое) фиксируются микровыключателями 74, 75, 76. Микровыключатели 74, 75, 76 подают сигнал в систему 19 ЧПУ о том, что переключение диапазона скоростей шпинделя 79 произведено.The upper, lower ranges of spindle speeds 79 and the middle position (zero) are fixed by microswitches 74, 75, 76. Microswitches 74, 75, 76 give a signal to the CNC system 19 that the spindle speeds 79 are switched.

Смазка зубчатых колес и подшипников коробки 5 скоростей осуществляется централизовано поливом от системы смазки. Слив масла из коробки 5 скоростей осуществляется через отверстие 77 в полость корпуса шпиндельной бабки 4, откуда оно сливается в гидростанцию. Частота вращения шпинделя 79 задается на пульте управления ЧПУ. Система 19 ЧПУ дает сигнал на включение гидравлики и в соответствующую полость гидроцилиндра 71 подается под давлением масло.Lubrication of gears and bearings of the box 5 speeds is carried out centrally by irrigation from the lubrication system. Oil is drained from the speed box 5 through hole 77 into the cavity of the body of the headstock 4, from where it is discharged into the hydraulic station. Spindle speed 79 is set on the CNC control panel. The CNC system 19 gives a signal to turn on the hydraulics and oil is fed under pressure into the corresponding cavity of the hydraulic cylinder 71.

Конструкция типового механического шпиндельного узла 14 показана в графических материалах на фиг. 15.The design of a typical mechanical spindle assembly 14 is shown in graphic materials in FIG. 15.

Механический шпиндельный узел 14 устанавливается в корпусе шпиндельной бабки 4 и крепится к ней винтами.Mechanical spindle node 14 is installed in the housing of the headstock 4 and is attached to it with screws.

Механический шпиндельный узел 14 состоит из неподвижной гильзы 78 и шпинделя 79. В качестве опор шпинделя 79 использованы прецизионные радиальные двухрядные роликоподшипники 80 и 81, а для восприятия осевых усилий - упорно-радиальный двухрядный шарикоподшипник 82 с углом контакта 60°. Натяг подшипников производится с помощью гаек 83 и 84. Фиксация гаек от самопроизвольного откручивания осуществляется клеммами 85 и 86. Подшипники смазываются консистентной смазкой. Для предотвращения случайного попадания жидкой смазки из коробки 5 скоростей в подшипники шпиндельного устройства 14 предусмотрены лабиринтные и резиновые уплотнения.The mechanical spindle assembly 14 consists of a fixed sleeve 78 and a spindle 79. Precision radial double-row roller bearings 80 and 81 are used as supports for the spindle 79, and axial-force radial double-row ball bearing 82 with a contact angle of 60 ° is used to perceive axial forces. The bearings are tensioned with the help of nuts 83 and 84. The nuts are fixed against spontaneous unscrewing by clamps 85 and 86. The bearings are lubricated with grease. To prevent accidental ingress of liquid lubricant from the 5-speed gearbox into the spindle device 14 bearings, labyrinth and rubber seals are provided.

Устройство зажила инструмента смонтировано внутри шпинделя 79. Зажим инструмента осуществляется тарельчатыми пружинами 87.The device healed tool is mounted inside the spindle 79. The tool is clamped by cup springs 87.

При зажиме, тарельчатые пружины 87 передают осевое усилие через толкатель 88 цанге 89, лепестки которой, заходят во втулку 90 сжимаются и запирают грибок 91, ввернутый в инструментальную оправку. Коническая посадочная поверхность инструментальной оправки подтягивается к ответной конической поверхности шпинделя 79. Усилие зажима инструмента Р=7000 Н. Для предотвращения проворота инструмента в шпинделе 79, в процессе обработки детали, на торце шпинделя 79 имеются два фиксирующих выступа 92.When clamping, the cup springs 87 transmit an axial force through the pusher 88 of the collet 89, the petals of which enter the sleeve 90 and compress and lock the fungus 91 screwed into the tool holder. The conical seating surface of the tool holder is tightened to the mating conical surface of the spindle 79. The clamping force of the tool is P = 7000 N. To prevent the tool from turning in the spindle 79, during the machining of the part, there are two locking protrusions 92 on the spindle end 79.

Вспомогательные системыAuxiliary systems

Гидросистема стенда выполняет следующие функции:Stand hydraulic system performs the following functions:

- отжим инструмента в шпинделе;- spin tool in the spindle;

- переключение диапазонов скоростей привода главного движения стенда;- switching the speed ranges of the main drive of the stand;

- смазка коробки скоростей;- grease gear box;

- подача масла в систему централизованной периодической смазки.- oil supply to the system of centralized periodic lubrication.

Гидросистема стенда состоит из:Stand hydraulic system consists of:

- гидростанции;- hydro;

- гидроаппаратуры, установленной на стенде;- hydraulic equipment installed on the stand;

- исполнительных органов: гидроцилиндра переключения скоростей, гидроцилиндра отжима инструмента.- executive bodies: hydraulic cylinders for switching speeds, hydraulic cylinders for pressing the tool.

В гидросистеме стенда использована гидростанция СВ-М5А-40-Н-1,1-3-6,3.Hydraulic station CB-M5A-40-H-1.1-3-6.3 is used in the hydraulic system of the stand.

Основные узлы гидростанции: насос, фильтр, аккумулятор, реле давления, гидроблок с аппаратурой модульного типа.The main components of the hydraulic station: pump, filter, accumulator, pressure switch, hydraulic unit with modular equipment.

Гидросистема работает на масле ИГП-20 ТУ38 101798-79.The hydraulic system works on oil IGP-20 TU38 101798-79.

В гидросистему масло подается от насоса производительностью 3 л/мин, через фильтр. Давление регулируется предохранительным клапаном и контролируется манометром при включении тумблера. После измерения давления тумблер выключают.Oil is supplied to the hydraulic system from a pump with a capacity of 3 l / min, through a filter. Pressure is regulated by a safety valve and controlled by a pressure gauge when the toggle switch is turned on. After measuring the pressure switch toggle off.

Питание гидросистемы и системы централизованной смазки осуществляется от аккумулятора, который начинает заряжаться при включении насоса и электромагнита гидрораспределителя.The power supply of the hydraulic system and the centralized lubrication system is carried out from the battery, which starts charging when the pump and the hydraulic distributor electromagnet are turned on.

Описание работы смазочной системы.Description of the lubrication system.

Система предназначена для периодической централизованной смазки:The system is designed for periodic centralized lubrication:

- на стойке 3 - подшипников ходового винта перемещения шпиндельной бабки 4;- on the rack 3 - the bearings of the spindle movement of the spindle head 4;

- на станине 1 - подшипников ходового винта перемещения салазок 20;- on the base 1 - bearings of the lead screw for moving the slide 20;

- на шпиндельной бабке 4 - гайки ходового винта перемещения шпиндельной бабки 4, на направляющих и обратных планок;- on the spindle headstock 4 - the nuts of the spindle screw for moving the headstock 4, on the guides and reverse slats;

- на салазках-подшипников ходового винта перемещения стола, гайки ходового винта перемещения салазок, направляющих салазки-станина;- on the sled-bearings of the chassis movement of the table, the nut of the chassis screw of movement of the sled, guides of the sled-bed;

- на столе - гайки ходового винта перемещения стола, направляющих стол-салазки.- on the table - the lead screw of the displacement of the table, guides the table-sled.

Питание системы смазки осуществляется от гидросистемы станка. Блок управления системой смазки включает в себя распределитель, клапан редукционный, центральный питатель, в комплект которого входит узел со штоком-индикатором, позволяющий контролировать его работу визуально и автоматически, микропереключатель, вторичные питатели, расположенные на салазках, на столе, на стойке, на шпиндельной бабке.The lubrication system is powered by the hydraulic system of the machine. The control unit of the lubrication system includes a distributor, a reducing valve, a central feeder, complete with a node with a rod indicator, which allows to control its operation visually and automatically, a microswitch, secondary feeders located on the slide, on the table, on the rack, on the spindle grandmother.

Система работает следующим образом: с помощью системы 19 ЧПУ включается электромагнит гидрораспределителя. Масло от насоса начинает поступать к центральному питателю, секции которого подают смазку к вторичным питателям, а от них к смазываемым точкам. После отсчета необходимого количества ходов штока-индикатора центрального питателя, т.е числа импульсов, электромагнит отключается и подача масла прекращается.The system works as follows: using the CNC system 19, the solenoid valve is activated. Oil from the pump begins to flow to the central feeder, sections of which supply lubricant to the secondary feeders, and from them to the lubricated points. After counting the required number of strokes of the central feeder indicator, i.e. the number of pulses, the electromagnet is turned off and the oil supply stops.

Через необходимый интервал времени система ЧПУ повторно включает электромагнит и вновь происходит смазка. Если шток-индикатор делает недостаточное или чрезмерное число ходов, то на пульте станка индикатируется авария смазки.After the required time interval, the CNC re-activates the electromagnet and lubricates again. If the stock indicator makes an insufficient or excessive number of strokes, a lubrication failure is indicated on the machine control panel.

Пневмооборудование стенда предназначено для охлаждения шпинделя 79 стенда.The pneumatic equipment of the stand is designed to cool the spindle 79 of the stand.

Пневмооборудование стенда состоит из компрессора с ресивером, станции осушения и охлаждения воздуха, а также панели подготовки воздуха и пневмораспределителей.The pneumatic equipment of the stand consists of a compressor with a receiver, a dehumidification and air cooling station, as well as an air preparation panel and pneumatic distributors.

Для проведения испытаний экспериментального образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках с электрошпинделем, помимо установки на стенде механического шпиндельного узла 14 реализована возможность установки мехатронного шпиндельного узла (электрошпинделя /моторшпинделя/), преимущественно, модели «IBAG HF 200 MA 40 K» (см. фиг. 20 и фиг. 21).To test an experimental model of an intelligent adaptive process control system on a metal-cutting machine with an electrical spindle, in addition to installing a mechanical spindle assembly 14 on the stand, it is possible to install a mechatronic spindle assembly (electrical spindle / motor spindle /), mainly the IBAG HF 200 MA 40 K model ( see Fig. 20 and Fig. 21).

Кроме того, конструктивное формирование структуры средства для установки шпиндельного узла 14 в шпиндельной бабке 4 с возможностью установки на шпиндельной бабке 4 как шпиндельного узла 14 в виде типового механического шпиндельного узла (фиг. 15), так и шпиндельного узла мехатронного типа, выполненного в виде электрошпинделя с АМП (фиг. 16, фиг. 18 - фиг. 21), оснащенного вышеупомянутами контрольно-измерительными структурами на основе соответствующих датчиков 93, 94, 95, 96 пространственного положения оси вращения его ротор-шпинделя 100, позволяет осуществлять сравнительный анализ параметров обработки реальных идентичных эталонных заготовок с использованием того или иного шпиндельного узла 14.In addition, the constructive formation of the structure of the means for installing the spindle assembly 14 in the spindle headstock 4 can be installed on the spindle headstock 4 as a spindle assembly 14 in the form of a typical mechanical spindle assembly (Fig. 15), as well as a spindle assembly of mechatronic type, made in the form of an electrical spindle with the AMP (Fig. 16, Fig. 18 - Fig. 21), equipped with the above-mentioned control and measuring structures based on the respective sensors 93, 94, 95, 96 of the spatial position of the axis of rotation of its rotor-spindle 100, allows To create a comparative analysis of the processing parameters of real identical reference blanks using one or another spindle assembly 14.

Интеллектуальная система адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками, исследуемая посредством патентуемого стенда, включает следующие функционально-технологические структуры (фиг. 16):The intelligent system of adaptive control of the cutting process on metal-cutting machines with a spindle assembly with active magnetic bearings, investigated by means of a patented test bench, includes the following functional and technological structures (Fig. 16):

- базовую пространственно регулируемую электромеханическую структуру в виде шпиндельного узла, ротор-шпиндель 100 которого установлен на опорах с активными магнитными подшипниками - АМП 97 и 98 с возможностью управления его пространственным положением через контуры регистрации, управления и регулирования посредством системы 108 числового программного управления - ЧПУ, структурно организованной в виде аппаратной платформы, оснащенной технологически заданным программным обеспечением и коммутативно взаимодействующей с упомянутыми контурами системы адаптивного управления;- basic spatially adjustable electromechanical structure in the form of a spindle unit, the rotor-spindle 100 of which is installed on supports with active magnetic bearings - AMP 97 and 98 with the ability to control its spatial position through the registration, control and regulation contours through numerical control system 108 - CNC, structurally organized as a hardware platform, equipped with technologically specified software and commutatively interacting with the mentioned circuit E adaptive control system;

- размещенную в зоне ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла, и, соответственно, в зоне расположения его активных магнитных подшипников 97 и 98, двухканальную контрольно-измерительную структуру в виде двух пар бесконтактных датчиков 93 и 94, функционально являющуюся контуром регистрации, каналы которого функционально организованы с возможностью осуществления (при посредстве аналаго-цифрового преобразователя 101 и цифрового контроллера 104 управления адаптивной системой) обратной коммутативной связи с системой 108 ЧПУ, при этом, упомянутый цифровой контроллер 104 управления адаптивной системой коммутативно связан через цифроаналоговый преобразователь 102 и усилитель 103 мощности с электрическими обмотками активных магнитных подшипников 97 и 98, а каждая пара упомянутых бесконтактных датчиков 93 и 94 установлена в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении;- placed in the zone of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly, and, accordingly, in the zone of location of its active magnetic bearings 97 and 98, a two-channel measuring and measuring structure in the form of two pairs of contactless sensors 93 and 94, which is functionally a registration circuit whose channels are functionally organized with the possibility of (through the analog-digital converter 101 and the digital controller 104 of the adaptive system control) feedback commutative communication with the CNC system 108, with the digital the adaptive system control controller 104 is commutatively connected via a digital-to-analog converter 102 and a power amplifier 103 with electric windings of active magnetic bearings 97 and 98, and each pair of said proximity sensors 93 and 94 is installed in a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle rotor 100, offset one relative to another at 90 ° in the circumferential direction;

- а также средство динамического нагружения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла внешней нагрузкой, соответствующей рабочей нагрузке в реальных условиях эксплуатации шпиндельного узла.- as well as a means of dynamic loading of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly by an external load corresponding to the working load under actual operating conditions of the spindle assembly.

Шпиндельный узел конструктивно сформирован в виде электрошпинделя с закрепленной на рабочем конце его ротор-шпинделя 100 инструментальной оправкой, и пространственно организован с вертикальной осью расположения его ротор-шпинделя 100, причем, в качестве нижней опоры последнего используется радиально-упорный АМП 97.The spindle unit is structurally formed as an electro-spindle with an instrumental mandrel fixed on the working end of its rotor-spindle 100, and spatially organized with the vertical axis of its rotor-spindle 100, moreover, the radial-thrust AMP 97 is used as the lower support of the latter.

Средством динамического нагружения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла упомянутой внешней динамической нагрузкой функционально является закрепленная на рабочем конце шпиндельного узла инструментальная оправка, за счет восприятия ею действительных рабочих динамических нагрузок от инструмента в процессе механической обработки (т.е., в процессе резания) эталонного образца заготовки в реальном масштабе времени.The means of dynamic loading of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly by the external dynamic load is functionally a tool holder fixed at the working end of the spindle assembly, due to its perception of the actual working dynamic loads from the tool during machining (i.e., during cutting) of the reference sample billet in real time.

Упомянутая контрольно-измерительная структура оснащена двумя дополнительными, размещенными в зоне рабочего конца инструментальной оправки, бесконтактными датчиками 96, установленными в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении, и функционально являющимися средством регистрации и контроля пространственного положения рабочего конца инструментальной оправки, и, соответственно, пространственного положения непосредственно инструмента. Данное средство коммутативно связано через собственный аналогоцифровой преобразователь 109 с подсистемой 107 измерения положения конца инструментальной оправки, которая, т.е., подсистема 107, коммутативно связана с программно-аппаратной платформой упомянутой системы 108 ЧПУ.The mentioned measuring structure is equipped with two additional, placed in the area of the working end of the tool holder, contactless sensors 96 installed in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly offset from one another by 90 ° in the circumferential direction, and functionally means registration and control of the spatial position of the working end of the tool holder, and, accordingly, the spatial position of the tool itself a. This tool is commutatively connected via its own analog-to-digital converter 109 with the subsystem 107 of measuring the position of the end of the tool holder, which, i.e., subsystem 107, is commutatively connected with the hardware and software platform of the above-mentioned CNC system 108.

Кроме того, система снабжена цифровым контроллером 106 управления электромотором 99. Данный контролер 106 коммутативно связан (через собственный аналогоцифровой преобразователь 105, со средством регистрации частоты вращения и углового положения ротор-шпинделя 100 шпиндельного узла, выполненным в виде двух бесконтактных датчиков 95, установленных в зоне заднего конца ротор-шпинделя 100 в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора-шпинделя, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении. При этом, упомянутый цифровой контроллер 106 связан обратимым коммутативным взаимодействием с программно-аппаратной платформой упомянутой системы 108 ЧПУ и управляющей электрической обмоткой электромотора 99.In addition, the system is equipped with an electric motor 99 digital controller 106. This controller 106 is commutatively connected (via its own analog-digital converter 105, with the means of recording the rotational speed and angular position of the rotor-spindle 100 of the spindle assembly, made in the form of two proximity sensors 95, installed in the zone the rear end of the rotor-spindle 100 in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle, offset from one another by 90 ° in the circumferential direction. The controller 106 is connected by a reversible commutative interaction with the hardware and software platform of the CNC system 108 and the control electric winding of the electric motor 99.

В контурах управления и регулирования данной интеллектуальной системы, как правило, предусмотрено использование встроенных аппаратных средств на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), функционально являющихся средством реализации технологически заданных алгоритмов управления с большим быстродействием в режиме жесткого реального времени.The control and regulation circuits of this intelligent system, as a rule, provide for the use of embedded hardware based on programmable logic integrated circuits (FPGAs), which are functionally a means of implementing technologically defined control algorithms with high speed in hard real-time mode.

Принципы функционирования основных конструктивных узлов и систем патентуемого стенда являются широкоизвестными из современного уровня техники, поскольку они являются типовыми, вследствие этого Заявитель считает нецелесообразным подробно раскрывать их в рамках настоящей заявки.The principles of the functioning of the main structural units and systems of the patented stand are widely known from the current level of technology, since they are typical, therefore the Applicant considers it inappropriate to disclose them in detail in the framework of this application.

Функционирование интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках с электрошпинделем осуществляется в соответствии с принципиальной блок-схемой, приведенной на фиг. 16 графических материалов.The operation of the intelligent system of adaptive control of the cutting process on metal-cutting machines with an electrical spindle is carried out in accordance with the principal block diagram shown in FIG. 16 graphic materials.

Для управления электромагнитными подшипниками 97 и 98 используется цифровой контроллер 104 управления адаптивной системой с активной обратной связью. Первоначально, парные оптические датчики 93, 94 положения ротор-шпинделя 100 измеряют его отклонение от оси вращения. Через АЦП 101 сигнал с датчиков передается на цифровой котроллер 104 управления адаптивной системой, который рассчитывает управляющий сигнал, необходимый для возврата ротор-шпинделя 100 в нормальное положение. Управляющий сигнал проходит через цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП 102 и усилитель 103 мощности, где формируется управляющий ток. Ток управления поступает на обмотки электромагнитов АМП 97 и 98, которые создают электромагнитное поле, необходимое для возврата и удержания ротор-шпинделя 100 в технологически заданном положении. Данная система, как правило, работает с частотой порядка килогерца что позволяет стабилизировать ротор-шпиндель 100 во время вращения, а так же регулировать жесткость и демпфирующие свойства ротор-шпинделя.To control the electromagnetic bearings 97 and 98, a digital controller 104 is used to control an adaptive system with active feedback. Initially, the paired optical sensors 93, 94 of the position of the rotor-spindle 100 measure its deviation from the axis of rotation. Through the A / D converter 101, the signal from the sensors is transmitted to the digital controller 104 for controlling the adaptive system, which calculates the control signal necessary to return the rotor-spindle 100 to the normal position. The control signal passes through a digital-to-analog converter - D / A converter 102 and a power amplifier 103, where a control current is formed. The control current is fed to the windings of electromagnets AMP 97 and 98, which create the electromagnetic field necessary to return and hold the rotor-spindle 100 in a technologically specified position. This system, as a rule, works with a frequency of the order of kilohertz, which allows stabilizing the rotor-spindle 100 during rotation, as well as adjusting the rigidity and damping properties of the rotor-spindle.

Система ЧПУ 108 стенда через контроллер управления 106 управляет вращением электромотора 99. Информация о частоте вращения и угловом положении ротор-шпинделя 100 поступает с пары датчиков 95 через АЦП 105 обратно в контроллер 106, а затем в систему 108 ЧПУ стенда. При неисправности адаптивная система подает сигнал ошибки, запрещая вращение ротор-шпинделя 100.The CNC system 108 of the stand through the controller 106 controls the rotation of the electric motor 99. Information about the rotational speed and the angular position of the rotor-spindle 100 comes from a pair of sensors 95 through the ADC 105 back to the controller 106 and then to the CNC system 108 of the stand. In the event of a fault, the adaptive system gives an error signal by inhibiting the rotation of the rotor-spindle 100.

Для наблюдения за отклонением и вибрациях на рабочем конце ротор-шпинделя 100 (точнее, на конце закрепленной в нем инструментальной оправки) от оси вращения в процессе резания предусмотрены парные датчики 96. Через АЦП 109 сигнал с датчиков поступает в подсистему 107 измерения положения конца инструментальной оправки и далее в систему 108 ЧПУ стенда.To monitor the deviation and vibrations at the working end of the rotor-spindle 100 (more precisely, at the end of the tool holder fixed in it) from the axis of rotation, paired sensors 96 are provided during the cutting process. Through the ADC 109, the signal from the sensors enters the end position measuring subsystem 107 and further in the system 108 CNC stand.

Создание научно-технического задела, ориентированного на разработку интеллектуальных систем адаптивного управления с комплектным электрошпинделем на активных магнитных подшипниках, позволяет приступить к созданию и производству нового класса конкурентноспособных обрабатывающих комплексов и станков для высокопроизводительной лезвийной и абразивной обработки современных и перспективных конструкционных материалов, в том числе для микро- и нанообработки конструкционных наноструктурированных материалов.The creation of a scientific and technical basis focused on the development of intelligent adaptive control systems with a complete electrical spindle on active magnetic bearings allows us to start creating and producing a new class of competitive processing complexes and machines for high-performance blade and abrasive machining of modern and advanced structural materials, including for micro- and nano-processing of structural nanostructured materials.

Процесс с развитием дефектов во времени можно контролировать с помощью первичных преобразователей той или иной физической величины, например, износ - с помощью датчиков перемещений, неустойчивость - с помощью датчиков ускорения (акселерометров), повышенное трение - с помощью датчиков температуры и т.п. Введение сенсорных элементов в конструкцию опорного узла превращает его в чисто мехатронный модуль, состоящий из механической части (деталей подшипника), электрической (сенсоры, микроконтроллеры управления) и программной (программное обеспечение по адаптивному управлению сигнальной системой).A process with the development of defects in time can be monitored using primary transducers of one or another physical quantity, for example, wear - using displacement sensors, instability - using acceleration sensors (accelerometers), increased friction - using temperature sensors, etc. The introduction of sensor elements into the design of the reference node transforms it into a purely mechatronic module consisting of the mechanical part (bearing parts), electrical (sensors, control microcontrollers) and software (adaptive control software for the signal system).

В заявленном изобретении выбрано компоновочное решение стенда, обеспечивающее надежную работу интеллектуальной адаптивной системы. В стенде используются современные узлы и комплектующие отечественного и импортного производства.In the claimed invention, the layout solution of the stand was selected, ensuring reliable operation of the intelligent adaptive system. The stand uses modern components and components of domestic and imported.

Целью выполнения научных-практических исследований является создание научно-технического задела, ориентированного на разработку интеллектуальных систем адаптивного управления с комплектным электрошпинделем на электромагнитных подшипниках, позволяющего приступить к созданию и производству нового класса конкурентоспособных обрабатывающих комплексов и станков для высокопроизводительной лезвийной и абразивной обработки современных и перспективных конструкционных материалов, в том числе для микро- и нанообработки конструкционных наноструктурированных материалов.The purpose of the implementation of scientific research is the creation of a scientific and technical foundation focused on the development of intelligent adaptive control systems with a complete electrical spindle on electromagnetic bearings, which allows to start the creation and production of a new class of competitive processing complexes and machines for high-performance cutting and abrasive machining of modern and advanced structural materials, including for micro- and nano-processing of structural nanostructured materials.

Результаты проведенных научно-практических исследований будут использованы при проведении исследований электрошпинделя на электромагнитных подшипниках на патентуемом экспериментальном испытательном стенде с участием иностранного партнера (Fraunhofer IWU, Германия) в рамках совместного научно-технического сотрудничества.The results of scientific and practical research will be used in conducting research on the electrical spindle on electromagnetic bearings on a patented experimental test bench with the participation of a foreign partner (Fraunhofer IWU, Germany) in the framework of joint scientific and technical cooperation.

Созданный в результате проектирования изобретения научно-технический задел способствует повышению научно-технического потенциала отечественного станкостроения и усилению конкурентных позиций России в мировом сообществе производителей и исследователей станкоинструментальной продукции.The scientific and technical background created as a result of the invention of the invention contributes to the improvement of the scientific and technical potential of the domestic machine-tool industry and to the strengthening of Russia's competitive position in the global community of manufacturers and researchers of machine tool products.

Основной областью применения АМП в настоящее время является высокоскоростное машиностроение - от небольших турбомолекулярных насосов до турбогенераторов и компрессоров мощностью десятки МВт. Преимуществом АМП для данной области является возможность управления вибрациями, демпфирования упругих колебаний, а также получение четко определенных динамических характеристик. Другие важные особенности, которые были подтверждены практическими исследованиями, - возможность обеспечения контроля и диагностики, низкие затраты на техническое обслуживание, а также низкое потреблением энергии. Благодаря высокопроизводительной силовой электронике для мощного высокоскоростного машиностроения применение АМП является перспективным и обоснованным. Также в настоящее время ведутся исследования возможности использования АМП в авиационных электрических машинах в качестве тяговых двигателей или генераторов электрической энергии для всех электрических самолетов.The main field of application of the AMP is currently high-speed mechanical engineering, from small turbomolecular pumps to turbine generators and compressors with a capacity of tens of MW. The advantage of AMP for this area is the ability to control vibrations, damping elastic vibrations, as well as obtaining well-defined dynamic characteristics. Other important features that have been confirmed by practical research are the ability to provide monitoring and diagnostics, low maintenance costs, and low energy consumption. Thanks to the high-performance power electronics for high-power high-speed mechanical engineering, the use of the AMP is promising and justified. Also, research is currently being conducted on the possibility of using the AMP in aircraft electrical machines as traction engines or generators of electrical energy for all electric aircraft.

Развитие современной машиностроительной отрасли предъявляет повышенные требования к точности обработки, производительности, надежности металлообрабатывающего оборудования и уровню его автоматизации. Исследованиями по оценке влияния различных факторов на точность обработки установлено, что ее до 80% определяет шпиндельный узел (ШУ). Выходные характеристики ШУ в основном зависят от типа применяемых в них опор, так как последние обеспечивают необходимую быстроходность, точность вращения шпинделя, нагрузочную способность и долговечность ШУ. В современных быстроходных ШУ (dxn свыше 1 млн мм/мин) используют опоры качения, гидростатические, газовые и магнитные. Высокоскоростным ШУ на опорах качения свойственны тепловые деформации, нестабильность траектории движения шпинделя, связанная с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и погрешностью изготовления колец, а также ограниченный ресурс работы.The development of modern engineering industry places high demands on the machining accuracy, productivity, reliability of metalworking equipment and the level of its automation. Studies assessing the influence of various factors on the accuracy of processing have established that a spindle assembly (CI) determines it to 80%. The output characteristics of the SHU mainly depend on the type of supports used in them, since the latter provide the necessary rapidity, accuracy of spindle rotation, load capacity and durability of the SHU. In modern high-speed SHU (dxn over 1 million mm / min) use rolling bearings, hydrostatic, gas and magnetic. High-speed SHU on rolling bearings are characterized by thermal deformations, instability of the trajectory of the spindle, associated with a change in the angle of rotation of the separator with a set of rolling elements and the error in the manufacture of rings, as well as limited service life.

Перспективным является применение электромагнитных подшипников ЭМП с адаптивной системой управления. Действие ЭМП основано на принципе электромагнитной стабилизации положения ферромагнитного тела установленного с зазором между диаметрально расположенными электромагнитами, каждый из которых притягивает тело к себе. Очевидно, если не регулировать ток в обмотках электромагнитов, то положение тела не будет устойчивым даже при равенстве притягивающих сил.The application of electromagnetic bearings with an adaptive control system is promising. The action of an electromagnetic field is based on the principle of electromagnetic stabilization of the position of a ferromagnetic body installed with a gap between diametrically located electromagnets, each of which attracts the body to itself. Obviously, if you do not adjust the current in the windings of electromagnets, then the position of the body will not be stable even if the attracting forces are equal.

Ток регулируется электронной следящей системой, датчики перемещения которой контролируют отклонение тела от положения равновесия. Сигнал с датчиков усиливается, детектируется и подается на усилитель мощности, который питает током обмотки электромагнитов. При уменьшении зазора между телом и электромагнитом индукция в зазоре уменьшается, и наоборот. Под действием результирующей силы тело возвращается в исходное положение, для обеспечения устойчивого равновесия тела в следящую систему дополнительно вводят сигнал, пропорциональный скорости смещения тела, а для увеличения статической жесткости опоры - сигнал, пропорциональный интегралу от величины перемещения.The current is regulated by an electronic tracking system, the displacement sensors of which control the deviation of the body from the equilibrium position. The signal from the sensors is amplified, detected and fed to a power amplifier that supplies current to the windings of the electromagnets. When the gap between the body and the electromagnet decreases, the induction in the gap decreases and vice versa. Under the action of the resultant force, the body returns to its original position, to ensure stable body balance, a signal proportional to the velocity of the body is additionally introduced into the tracking system, and to increase the static rigidity of the support, a signal proportional to the integral of the displacement.

На фиг. 18 схематично показаны основные подсистемы гаммы электрошпинделей приводов главного движения.FIG. 18 schematically shows the main subsystems of the gamma of electrical spindles of main motion drives.

Состав подсистем необязательного уровня может варьироваться и несколько отличаться из-за особенностей отдельных подсистем, условий эксплуатации и требований заказчика.The composition of subsystems of an optional level may vary and differ slightly due to the characteristics of individual subsystems, operating conditions and customer requirements.

Электрошпиндели включают два вида подсистем:Electrical spindles include two types of subsystems:

- встроенные подсистемы в один конструктивный блок (собственно электрошпиндель);- embedded subsystems in one structural unit (the electrical spindle itself);

- обслуживающие и вспомогательные подсистемы, которые устанавливаются в непосредственной близости к электрошпинделю.- service and auxiliary subsystems, which are installed in close proximity to the electrical spindle.

Активный магнитный подшипник является классическим мехатронным объектом (фиг. 17), который практически не имеет базовых недостатков, присущих подшипникам качения и скольжения. В таком подшипнике центрирование ротора и передача нагрузки на корпус идет за счет активного магнитного поля, напряженность которого регулируется контрольной системой в зависимости от перемещений ротора, фиксируемых датчиками перемещений. Такие повышенные характеристики работоспособности и безопасности влияют на стоимость, в сравнении со стандартными подшипниками качения и относительно простыми конструкциями гидростатических подшипников, из-за высоких требований к точности и быстродействию элементов контрольно-измерительной системы. Высокая стоимость, большие радиальные габариты, сложность монтажа обуславливает применение активных магнитных подшипников только в самых ответственных узлах металлорежущих станков - опорах шпинделя. Исходя из преимуществ активных магнитных подшипников, обосновывается целесообразность их использования вместо традиционных подшипниковых узлов в отрасли станкостроения, где их применение наиболее эффективно.An active magnetic bearing is a classic mechatronic object (Fig. 17), which has practically no basic drawbacks inherent in rolling and sliding bearings. In such a bearing, the centering of the rotor and the transfer of the load to the housing is due to the active magnetic field, the intensity of which is regulated by the control system depending on the rotor movements recorded by the displacement sensors. Such increased performance and safety characteristics affect the cost, in comparison with standard rolling bearings and relatively simple designs of hydrostatic bearings, due to the high demands on accuracy and speed of the elements of the instrumentation system. The high cost, large radial dimensions, the complexity of installation causes the use of active magnetic bearings only in the most critical nodes of machine tools - spindle bearings. Based on the advantages of active magnetic bearings, it is justified that they are used instead of traditional bearing assemblies in the machine tool industry, where their use is most effective.

Повышение частоты вращения за счет применения активных магнитных подшипников существенно повышает производительность оборудования и улучшает чистоту обработки.Increasing the rotational speed through the use of active magnetic bearings significantly improves the performance of the equipment and improves the cleanliness of processing.

Перспективной является возможность комбинированного движения инструмента совместно с инструментальной оправкой и, соответственно, ротор-шпинделя при использовании адаптивно управляемых шпиндельных узлов с ротор-шпинделем на опорах в виде АМП (например, при микродолбежке при сверлении, микроколебании при шлифовании, сверлении отверстий некруглой формы и т.п.), что существенно повышает технологические возможности оборудования. Сфера применения - высокопроизводительные прецизионные металлообрабатывающие станки.A promising is the possibility of combined tool movement together with a tool holder and, accordingly, a rotor-spindle when using adaptively controlled spindle assemblies with a rotor-spindle on the AMP supports (for example, during micromachining when drilling, micro-oscillation when grinding, drilling holes of non-circular shape and t .), which significantly increases the technological capabilities of the equipment. Scope of application - high-performance precision metalworking machines.

Сфера применения - высокопроизводительные прецизионные металлообрабатывающие станки.Scope of application - high-performance precision metalworking machines.

На основе проведенного анализа публикаций в области АМП и систем управления можно сделать следующие выводы:Based on the analysis of publications in the field of AMP and control systems, we can draw the following conclusions:

Публикации в области магнитного подвеса вращающихся роторов в подавляющем большинстве относятся к роторным машинам, где рабочими нагрузками является вращающий момент.Publications in the field of magnetic suspension of rotating rotors in the overwhelming majority relate to rotary machines, where the working loads are torque.

Данные теоретических и экспериментальных исследований электрошпинделей с АМП для металлорежущих станков, отличительной особенность которых являются нагрузки по трем осям координат, практически отсутствуют.The data of theoretical and experimental studies of electrical spindles with AMP for machine tools, the distinguishing feature of which are the loads on three axes of coordinates, are practically absent.

Немногочисленные исследования относятся к электрошпинделям небольшой мощности (0,4-0,6 кВт), имеющим относительно узкую область применения. Из сказанного следует, что для расширения областей применения АМП в металлорежущих станках в целях широкого внедрения технологий высокоскоростной лезвийной и абразивной обработки материалов необходимо проведение дальнейших теоретических и экспериментальных исследований электрошпинделей с АМП, направленных на расширение их технологических возможностей и повышения энергоэффективностиA few studies relate to small-size electrical spindles (0.4-0.6 kW), which have a relatively narrow scope. From the above it follows that in order to expand the fields of application of AMP in metal-cutting machines in order to widely introduce high-speed blade and abrasive processing of materials, it is necessary to conduct further theoretical and experimental studies of electrical spindles with AMP aimed at expanding their technological capabilities and improving energy efficiency

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:The above information shows that the following set of conditions is fulfilled when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в роторных механизмах на электромагнитных опорах, а, более конкретно, в качестве экспериментального стенда для испытания образца интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущих станках со шпиндельным узлом с активными магнитными подшипниками (электрошпинделем);- an object embodying the claimed technical solution for its industrial implementation, is intended for use in rotor mechanisms on electromagnetic bearings, and more specifically, as an experimental stand for testing a sample of an intelligent system of adaptive control of the cutting process on machine tools with a spindle assembly with active magnetic bearings (electrical spindle);

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the declared object, as it is described in the independent clause of the formula below, it is confirmed that it can be implemented using the means and methods described in the application or known from the prior art on the priority date;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата: повышение надежности за счет быстродействия (чувствительности) системы адаптивного управления и, соответственно, динамической точности пространственного позиционирования оси вращения электромагнитного подвеса ротора шпиндельного узла (электрошпинделя), а также концевой части инструментальной оправки (т.е., в конечном итоге - инструмента) применительно к реальным технологическим условиям резания.- an object embodying the claimed technical solution in its implementation, is able to achieve the technical result perceived by the applicant: improving the reliability due to the speed (sensitivity) of the adaptive control system and, accordingly, the dynamic accuracy of spatial positioning of the axis of rotation of the electromagnetic rotor suspension of the spindle assembly (electric spindle), also the end part of the tool holder (i.e., ultimately, the tool) as applied to real technological their cutting conditions.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "industrial applicability" under the current law.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (7)

1. Стенд для исследования интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания на металлорежущем станке, имеющем шпиндельный узел с активными магнитными подшипниками, состоящий из 1. Stand for the study of intelligent adaptive control of the cutting process on a cutting machine with a spindle assembly with active magnetic bearings, consisting of базовой мехатронной структуры, которая выполнена в виде трехкоординатного металлорежущего станка класса точности «С», включающего в себя систему ЧПУ с архитектурой, выполненной на базе программируемых логических интегральных схем с возможностью реализации заданных алгоритмов управления интеллектуальной системы адаптивного управления процессом резания и с возможностью изменения настроек приводов станка, причем система ЧПУ содержит аппаратную платформу с заданным программным обеспечением, станину с плоской и V-образной направляющими, поверхности которых оснащены текстолитовым покрытием с возможностью обеспечения снижения коэффициента трения покоя, установленные на направляющих станины с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости салазки с верхними направляющими, на которых размещен с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном направлению перемещения салазок, стол для закрепления заготовки, управляемые системой ЧПУ прецизионные приводы перемещения упомянутых салазок и стола, выполненные в виде электрических серводвигателей и передач «ходовой винт - гайка качения», вертикальную стойку с направляющими, на которых установлена с возможностью перемещения шпиндельная бабка с управляемым системой ЧПУ прецизионным приводом ее перемещения, содержащим электрический серводвигатель, передачу «ходовой винт - гайка качения» и коробку скоростей, при этом шпиндельная бабка оснащена уравновешивающими грузами для компенсации ее веса, и установленный в шпиндельной бабке шпиндельный узел, выполненный заменяемым и содержащий электрический ротор-шпиндель, расположенный вертикально в опорах качения с активными магнитными подшипниками, размещенными в концевых зонах ротор-шпинделя, причем передняя опора шпиндельного узла выполнена в виде радиально-упорного активного магнитного подшипника, basic mechatronic structure, which is made in the form of a three-coordinate metal cutting machine of accuracy class "C", which includes a CNC system with an architecture made on the basis of programmable logic integrated circuits with the ability to implement specified control algorithms of the intelligent system of adaptive control of the cutting process and with the ability to change drive settings machine, and the CNC system contains a hardware platform with the specified software, a bed with a flat and V-shaped guide MI, whose surfaces are equipped with a textolite coating with the ability to reduce the coefficient of static friction, mounted on the bed guides to move in the horizontal plane the sled with the upper guides, on which it is placed to move in the horizontal plane in the direction perpendicular to the direction of movement of the sled, table for fixing CNC-controlled workpieces, precision drives for moving the aforementioned slide and table, are made in the form of their servomotors and gears “spindle screw - rolling nut”, a vertical stand with guides, on which a spindle head with a precision-controlled drive of the spindle head, containing an electric servo motor, a spindle screw and gear box, controlled by the CNC system, is mounted; at the same time, the headstock is equipped with balancing weights to compensate for its weight, and a spindle assembly installed in the headstock, made replaceable and containing an electric rotor-spindle l located vertically in the rolling bearings with active magnetic bearings placed in the end zones of the rotor-spindle, and the front support of the spindle assembly is made in the form of a radial-resistant active magnetic bearing, средства нагружения упомянутого ротор-шпинделя внешней нагрузкой, выполненного в виде инструментальной оправки, закрепленной на рабочем конце ротор-шпинделя с возможностью восприятия ею рабочих динамических нагрузок от обрабатывающего инструмента в процессе реальной механической лезвийной обработки эталонного образца заготовки, the loading means of the above-mentioned rotor-spindle by an external load, made in the form of an instrumental mandrel fixed to the working end of the rotor-spindle with the possibility of it accepting the working dynamic loads from the processing tool in the process of a real mechanical blade processing of a reference sample of the workpiece, и контрольно-измерительной структуры, содержащей две пары бесконтактных датчиков пространственного положения упомянутого ротор-шпинделя, которые установлены в зонах расположения активных магнитных подшипников опор попарно в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротор-шпинделя, со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении в каждой паре, два дополнительных бесконтактных датчика пространственного положения заднего конца ротор-шпинделя и его частоты вращения, которые установлены в зоне заднего конца ротор-шпинделя в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении, и два дополнительных бесконтактных датчика пространственного положения конца инструментальной оправки, установленных в зоне упомянутого конца в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротор-шпинделя со смещением один относительно другого на 90° в окружном направлении, and an instrumentation structure containing two pairs of contactless spatial position sensors of said rotor-spindle, which are installed in areas where active magnetic bearings are located in pairs in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle, offset from one another by 90 ° in the circumferential direction each pair, two additional contactless spatial position sensors of the rear end of the rotor-spindle and its rotational speed, which are installed in the area of the rear end of the rotor-sh Indeli in the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle offset by 90 ° relative to each other in the circumferential direction, and two additional non-contact spatial position sensors of the end of the instrumental mandrel installed in the zone of the said end in the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor-spindle with an offset of one relative to another at 90 ° in the circumferential direction, при этом упомянутые система ЧПУ, датчики и активные магнитные подшипники опор выполнены с возможностью подключения через соответствующие цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи к исследуемой интеллектуальной системе адаптивного управления. however, the aforementioned CNC system, sensors, and active magnetic bearings of the supports are capable of being connected through appropriate digital-analog and analog-to-digital converters to the intelligent adaptive control system under study. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что шпиндельный узел выполнен в виде электрошпиндельного узла модели «IBAG 200 MA 40 К». 2. Stand under item 1, characterized in that the spindle assembly is made in the form of an electro-spindle assembly of the model "IBAG 200 MA 40 K". 3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый трехкоординатный металлорежущий станок дополнительно содержит систему пневмооборудования для охлаждения шпиндельного узла и гидросистему, связанную со средством для закрепления инструментальной оправки в ротор-шпинделе и с системой централизованной смазки элементов упомянутых приводов, при этом упомянутые направляющие станины и салазок снабжены средствами защиты от загрязнения, выполненными в виде ленточной структуры со средством регулировки ее натяжения.3. The stand according to claim 1, characterized in that said three-coordinate cutting machine further comprises a pneumatic equipment system for cooling the spindle assembly and a hydraulic system connected with means for fixing the tool holder in the rotor-spindle and with a system of centralized lubrication of the elements of the said drives, said guides of a bed and a sled are supplied with means of protection against pollution, executed in the form of tape structure with means of adjustment of its tension.
RU2017115646A 2015-12-30 2015-12-30 Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings RU2690625C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017115646A RU2690625C2 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017115646A RU2690625C2 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017115646A RU2017115646A (en) 2019-01-28
RU2017115646A3 RU2017115646A3 (en) 2019-04-15
RU2690625C2 true RU2690625C2 (en) 2019-06-04

Family

ID=65270655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017115646A RU2690625C2 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690625C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU199618U1 (en) * 2019-12-03 2020-09-09 Акционерное общество "Завод N9" (АО "Завод N9") Beat measuring stand

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496859B (en) * 2020-12-07 2024-09-24 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 Dynamic measurement device and method for comprehensive performance of hydrostatic guideway
CN115056036B (en) * 2022-07-13 2024-05-07 浙江金火科技实业有限公司 Main spindle box part detection device on numerical control lathe

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU565780A1 (en) * 1975-09-08 1977-07-25 Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт Testing stand for studying deep bore machining process
SU975333A1 (en) * 1981-05-04 1982-11-23 Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт Stand for measuring static and dynamic characteristics of tool at working process
SU1263497A2 (en) * 1985-04-11 1986-10-15 Ленинградский Ордена Ленина И Ордена Красного Знамени Механический Институт Measuring bench
WO2013014615A2 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Diamonde Measurement and test bench for rotary tools for working wood or a similar material
RU149110U1 (en) * 2013-12-30 2014-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") STAND FOR DETERMINING THE QUALITY OF THE SPINDLE ASSEMBLY IN A REAL TECHNOLOGICAL PROCESS
CN204843713U (en) * 2015-07-14 2015-12-09 南京工程学院 Test bench is measured at machine to high accuracy gear

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU565780A1 (en) * 1975-09-08 1977-07-25 Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт Testing stand for studying deep bore machining process
SU975333A1 (en) * 1981-05-04 1982-11-23 Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт Stand for measuring static and dynamic characteristics of tool at working process
SU1263497A2 (en) * 1985-04-11 1986-10-15 Ленинградский Ордена Ленина И Ордена Красного Знамени Механический Институт Measuring bench
WO2013014615A2 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Diamonde Measurement and test bench for rotary tools for working wood or a similar material
RU149110U1 (en) * 2013-12-30 2014-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") STAND FOR DETERMINING THE QUALITY OF THE SPINDLE ASSEMBLY IN A REAL TECHNOLOGICAL PROCESS
CN204843713U (en) * 2015-07-14 2015-12-09 南京工程学院 Test bench is measured at machine to high accuracy gear

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU199618U1 (en) * 2019-12-03 2020-09-09 Акционерное общество "Завод N9" (АО "Завод N9") Beat measuring stand

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017115646A (en) 2019-01-28
RU2017115646A3 (en) 2019-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230250501A1 (en) Robot machining system and control method for ultrasonic surface rolling process of aircraft engine blade
US10252388B2 (en) Feed axis device of a machine tool
US5439431A (en) Machining centre constructed from assemblies
Altintas et al. Machine tool feed drives
EP1609549B1 (en) Spindel apparatus comprising a withdrawable subassembly
RU2690625C2 (en) Test bench for intelligent system of adaptive control of cutting process on metal cutting machines with spindle assembly with active magnetic bearings
CN106768770B (en) Reliability test bed and test method for rolling linear guide rail pair damper
CN103213034A (en) Multi-axis machining center structure
CN102445340A (en) Loading running-in device for ball screw pair and running-in testing method thereof
CN104117858A (en) Five-axis linkage vertical machining centre
RU170795U1 (en) INTELLIGENT SYSTEM OF ADAPTIVE CONTROL OF THE CUTTING PROCESS ON METAL-CUTTING MACHINES WITH SPINDLE ASSEMBLY WITH ACTIVE MAGNETIC BEARINGS
CN203863344U (en) Connecting rod bolt hole and step face finishing machine
CN112881047A (en) Five-axis swing head test platform
CN201926548U (en) Testing device for dynamic characteristics of sliding joint surfaces
CN109352353A (en) A kind of dynamic complex guide rail
CN101125403B (en) Pneumatic load-removing plastic-sticking guiding rail
Ivanov et al. Flexible fixtures for CNC machining centers in multiproduct manufacturing
CN104259991B (en) Power control module based on stiffness variable compliant mechanism
CN210677202U (en) Numerical control gear milling machine
CN202305208U (en) Loading running-in device of ball screw assembly
US20170160728A1 (en) High-precision manufacturing control method of electromechanical equipment
CN212310946U (en) Milling head box for processing crankshaft journal and end faces of balance blocks on two sides of journal
CN103894864A (en) Vertical machining center
CN209021736U (en) A kind of dedicated numerical control scrapes bed
Jędrzejewski et al. Development of high performance machine tools