автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Балансировка шпинделей особо точных токарных станков

государственный КОМИТЕТ рсссиеской фщращп* по .высшему ОБРАЗОВАНИЮ

ордена друйш народов

российский лшверситзт друзбы народов

На правые ругкшоц

потапов сергея павлович

УДК 621,9.05-233.1-187(043.3)

балансировка шшвдеел • оссео точных токарных станков

(05 .03.01 - прсцоссы мохашхчоской и физико-тсшшчвскоП обработки, станки и инструмент)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва- 1994

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов Российского Уштороото-та друкбы народов.

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент Позняк Георгий Григорьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пуи Александр Валентинович кандидат технических наук Марииин Гетаднй Васильевич.

Ведущая организация -АО "Станкостроительный завод" имени Сорго Орцкопикпдза.

■ Зашита диссертации состоится 3f MQÇi 1994 г. в чг сов 30 минут на заседании диссертационного совзта К 053.22.1Î по присуждения ученой степени кандидата технических наук в Российском Университете jspysCu народов по адресу: 113093, Москва, ул. Павловская, д. 8/5, когл. 131.

С диссертацией ьэжяо ознаког,аггься в научной библиотеке Российского Университета друнбы народов (117193, Москва, ул..Миклухо-Маклая, д. б).

Автореферат разослан 2. è 1994 г.-

Ученый секретарь дпсо ертанкошгаго совета кандидат технических наук, доцент

В.Л. Фэдоро:

ОВШ ХА РАКТЕРИСТ ИКЛ. РАБОТЫ

Актуальность работы, Отличительной особенностью современного точного маппностроения, в частности, вычислительной то.™-пики, приборостроения, оптико-г/сханическоЯ промышленности является потребность 3 особо ТОЧНЫХ изделиях (нВПрПГЛф, ДИСКИ памяти ЭВМ, цижзщрц электрографических глашш, ¿^талличесаио серкала для лазерных и оптических установок и т.п.) с ¡;:ерохо~ ^атостьэ обработанной поверхности .менее 0,025...0,1 шеи, отклонение',! (.¿орьш маиво одной угловой секунды (l,0 шем на дли-"о 250 ич), постном отклонением формы (волнистостьо) неиео 0,5 угловой секунды шал на длине 25 определенным характером позорхкостлнх напряжений. При оброботкэ таких иэдедяЛ гознакает иеофсодишсть в обеспечении крьУой низкого уровня епбраций технологического оборудования. А получить такую поверхность'возкокно лнпь путем алгазиого точения на особо точных, токарных станках,- характерной особенностью обработки на которых является то, что рвкавдга фактором, .определяющим вебрецкз технологической системы СИД, является неуравновешенность спин-доля с халдой вновь закрепленной на нем для обработки деталью. Следовательно, точность балансировки шпиндельного .угзлн является одним из важнейших факторов, необходим« для достижения требуемого качества обработанной поверхности, а быстрота процесса балансировки прямо связана с производительностью работы на таких станках. В данной работа п исследовался один'из воз-глозных путей решения зтой проблеш. .

Целью работы является разработка методики одноплоекост-лой балансировки шпинделей особо точных токарных суснков с калдай вновь установленной для обработки деталью, а такдэ разработка и исследование балансировочного устройства для этой

l'OJCl.

Методика исследования базируется на основных положениях теория колебаний, динамики станков и теории балансировочной техники, а такла.учитывает особенности расчета и конструирования подшипников на газовой смазке. Она предусматривает: расчет и разработку экспериментального стенда, шгатирущего шпиндельную группу особо точного токарного станка; исследование статических и динамических характеристик стенда; расчот, разработку, изготовление и исследование специальных датчиков для _

фикоавди колебаняй, вызванных дисбалансом, измерительных схем . балансировочного устройства и блока ввода шформацш в ЭВМ;' , исследование предложенных способов балансировки на разработанном экспериментальном стенде. ; ■ ' Научная новизна работы достоит в том, что:

- обоснована требуемая точность балансировки шпинделей особо точных токарных станков в связи с параметрами точности обработанной поверхности и точностью изготовления рабочих поверхнос- ■ тей. йэростатических опор шпинделей этих станков;

- получены уравнения для расчета собственных частот системы

:"шпиндель-опоры" и 1фитических скоростей шпинделя, причем все эти уравнения представлены в удобном для практики виде: в них .используются легко измеряемые при статических испытаниях коэффициенты поступательной и поворотной жесткости опор шпинделя 1г его масс-геометрические характеристики;

- разработаны, изготовлены и исследованы два датчика абсолют- . ных колебаний, позволяющие проводить балансировку с необходимой точностью и имеющие более высокие параметры, чем у аналогичных датчиков, серийно выпускаемых промышленностью;

- разработан, изготовлен и испытан макет блока ввода информа-ции-.в ЭВМ, куда вошли все основные элементы будущего микропроцессорного балансировочного устройства;

- разработаны два способа одноплоскостной балансировка шпинделей особо точных токарных станков, для каждого из которых спроектирована и изготовлена измерительная схема, исследованы их характеристики и р'азработанс математическое обеспечение -для ЭВМ.

Практическая полезность. Разработанные методика одноплоскостной балансировки и микропроцессорное балансировочное устройство будут применяться при балансировке шпинделей .особо точных токарных станков с каждой, установленной для-обработки деталью, что повысит эффективность использования таких станков, относящихся к классу«уникальных. Такое микропроцессорное' балансировочное устройство, изготовленное в виде отдельного блока, может также успешно применяться в тех.случаях, когда • есть необходимость в высокоточной балансировке роторов в собственных опорах, например, при балансировке шлифовальных кругов непосредственно на станках. Кроме того, разработанная относительно простая методика определения собственных частот

системы "шпиндель-опоры" й критических,скоростей шпинделей, $ зависимости" от их масс-геомётрических параметров, параметров опор, а также массы и размеров обрабатываемых деталей мэжет применяться при динамическом расчете шпиндельных узлов станков на стадии проектирования гаи модернизации.

Реализация работы. Материалы проведенных исследований .' вошли составной частью в отчет по хоздоговорной работе РУД Н с АО "Красный пролетарий" * 26-87 и переданы в Отдел особо точных станков. Кроме того, разработанные датчик абсолютных колебаний, измерительная схема, методика балансировки, математическая модель и,программное обеспечение приняты за основу в микропроцессорном балансировочном устройстве, разрабатываемом в настоящее время в Лаборатории мэхатроники РУДН.

Апробация работы. Работа в целом и ее отдельные раздели ' докладывались на заседаниях кафедры технологии машиностроения* металлорежущих станков и инструментов РУДН, на научных конференциях инженерного факультета РУДН в 1988-1992 годах.

Публикации. По результатам работы получено одно авторское свидетельство и две работы депонированы в ВИНИТИ. .

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и трех приложений; наложена на "/30 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунков, 7 таблиц, список, использованной литературы из 238 наименований: общий объем работы составляет го 8 страниц.

. . КРАТКОЕ СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

•Во введении освещена степень разработанности данной проблемы, выведена ее сущность, обоснована актуальность работы.

В первой главе на основании литературных данных провэдея сравнительный анализ методов и средств балансировки, пригодных для использования при уравновешивании шпинделей особо точных токарных станков. Анализ проводился по следуйте?,! критериям:

- обеспечение необходимой точности балансировки в требуемом « частотном диапазоне;

- достаточно короткий цикл балансировки;

- высокая надежность и простота в обслуживании; .

-отсутствии влияния используемых средств балансировки на конструкцию и характеристики шпиндельного узла; ~нйвысо1сая стоимость. -

Учитывая эти критерии, установлено, что: . -пассивный автоматические, балансирующие устройства (аЬУ) не подходит для решения поставленной задачи, поскольку не обеспечивают требуемые точность балансировки и частотный диапазон работы;

-из активных АЬУ но первым дв^м критериям пригодно лишь использование АБУ гвдрокомпенсорного типа, но они не подходят по трем последним критериям;

-обеспечении принятых критериев оценки отвечает уравновешивание шпинделя 'специальными балансировочными массами, устаНавли-• ваемыми в соответствующий паз, на основании предварительно измеренных параметров дисбаланса, причем из методов определения параметров неуравновешенности наиболее целесообразно для решения поставленной задачи использовать метод амплитуд с иримене-„ иием в качество частотно-избирательного устройства активных фильтров;

На основании анализа литературных данных и с учетом поставленной цели определены задачи исследований, основными из которых яиляляоя:

-обосновать трейуеыую точность балансировки шпинделей особо точных токарных станков, связав ее о требуемыми параметрами качества обработки на таких станках;

-разработать методику нахождения величины дисбаланса и угла его располояения для шпинделей особо точных токарных станков, причем должны быть исследованы две возможности балансировки: но абсолютным колебаниям станины а по относительным колебаниям илянделя, для которых разработать матештические модели ¡1 'цюграммное обеспечение дм ЭВИ; •

-разработать, изготовить и исследовать специальные датчики ту фиксации колебаний, вызванных дисбалансом; -заработать, изготовить и исследовать блок ввода ину[йрмации в ЗЫ, макетный образец которого должен быть изготовлен в виде единой платы, куда входили бы все основные элементы будущего серийного образца оалансаровочного.устройства; -разработать экспериментальным стенд, иыл'ирувдий шппплольну; . грушу особо точного токарного станка, исследовать его стати

чеикие и динамические характеристики, а такие провести .на ней испытания предлагаемых способов балансировки.

Вторая глава посвящена расчету параметров и разработке лоханаческого • стенда и измерительной схемы балансировочного устройства, а такие экспериментальным исследованиям-датчиков, 1змерительных устройств и шпиндельного узла.

При разработка измерительной схемы.балансировочного уст->ойства, прежде всего, необходимо быо установить -максирдльно юдустишй уровень колебаний шшшделя с обрао'атьшаеыой "деталью >т остаточного дисбаланса, обеспечивающий требуемые параметры ■очности обработки из условия, что силы дисбаланса, изменяя • ■раекторша формообразующего движения, отзывают влияние на об-;ео отклонение формы (выражение l) и волнистость (выражение 2) бработаиной поверхности:

{6ак5Щ/Щкд40,5, (i)

OA (д§ кi+Ah0/2)к$ к3 $ 0,05, (г)

,г ...

ао щ -максимально допустимая амплитуда колооаша; наеду рз-

«ущей кромкой инструмента и. обрабатываем»! поверхностью под действием сил дисбаланса, исходя из допуска на общее отклонение формы обработанной поверхности, шел;

о* * *

f)» -то же, исходя из допуска на волнистость обработанной

поверхности, мкм; • - "

kj -максимально возможное значение коэффициента данатач-ности системы "ошшдель-опоры" в диапазоне частот вращения шшшделл при обработке ( --- 1,2}; ,,

/ij -коэффициент, учдтызаыций максимальна еозмо.чшей общий уровень высших гармоник, в полной перемещении ротора на аэростатических опорах (д'^ = 1,6;; /', -коэффициент запаса, учитывающий необходимость обес-■ печения трох проходов без.подбалансировки при обра-,f ботке (ку = 1.2); йПд -общее осевое биение ротора на аэростатических опо- -pax, вызванное неточностью изготовления их рабочих поверхностей (для шпинделей особо точных токарных станков А1\,~ О,Обмкм).

/

1 '. Из выр^адний. (1). и (2): 0.1? кал, 0,03 мкы. Следовательно, после уравновешивания олюлитуда колебаний шпинделя от остаточного дисбаланса не должна превышать 0,03 мкм.

Полученное значение равно" амплитуде колебаний шпинделя, вызванных .погрешностями изготовления рабочих поверхностей его . аэростатических опор, откуда следует вывод:.для обеспечения требований к качеству обработки на особо точных токарных станках уровень колебаний шпинделя, после его уравновешивания должен в среднем не бол&е чем в 2 раза превышать уровень колебаний от неточности изготовления;рабочих поверхностей его аэростатических опор.

Для определения вызывавдего эти колебания дисбаланса необходимо знать жесткость системы опор шпинделя. Проведенные . 'статические испытания разработанного и' собранного эксперимен- ' сального стенда, имитирующего шпиндельную группу особо точного токарного станка, позволили определить коэффициенты поступательной и роворотной жеоткости опор шпинделя, используемою в лабораторном стенде:. - !

" - ^ кг~ 3,8-107 Н/м, кр » 6,2;105 Н-м/рад.

На основании чего установлено, что после уравновешивания остаточный дисбаланс шпинделя с обрабатываемой деталью в плоскости центра тяжести детали не должен превышать 2,0 г»см.

Для обеспечения балансировки с требуемой точностью за один цикл измерений с испольь едием наиболее простой измерительной схемы, или для прогнозирования ошибки однократного измерения параметров дисбаланса, вызванной нарушением линейности характеристик.механической системы при превышении частоты балансировки 1/3 от частоты, соответствующей первой критической скорости шпинделя, возникает необходимость в знании собственных частот системы "шпиндель-опоры" и критических скоростей шпинделя в зависимости от массы и размеров обрабатываемых деталей для различных модификаций шпиндельных узлой. Для этого решена система дифференциальных уравнений колебаний шпинделя, для которого принята теоретическая модель с четырьмя степенями свободы. В выведенных частотных уравнениях коэффициенты при переменных выражены через легко измеряемые на ■ практике коэффициенты поступательной и поворотной жесткости

опор кшшщаля, а такяз глсс-гса^этрячоские параметры шпинделя с обрабатываемой деталью, йоторно нгрсодятся .из чертежа пгшш-дельного узла по разработанной прогр.~:.:"Э для ЭВМ ■

(Ъ)

¡i¡p*+tlfpüp2-(lkrwHkp+№2))pz-l?k?<Jp*(4)

Уравнение (з) определяет собственные.частоты системы, соответствующие "прямой" прецессии шпшделя, а уравнение £4)-"сбратной".

Для нахождения критических скоростей шппнделл получонн уравнения ' „'

ни4у4-((/v^íMfrW

Уравнение (б) определяет крлнческяэ скорости "прямой" прецессии ипинделя0 а уравнение (б) - критические скорости ого "обратной" прецессия.

Подставка в уравнения (з)-(б) парамэтрн используемого в экспериментальном стенде шицделъиого узла» установлено,, что для него первая собствеккая частота с^с'.т.ь-.;; ™ частота,, соот-зетстгующак пергоЗ лргггнчесяой еяорсста ггэдеяя, -очтя а 4 раза прввввазк? частому баланеярозчя.

3 работз зтеакалнакровакн а ргссс; -**»1увге» зари-г-трн аяя датчхжоБ колабаг-жйч гесользугм-сг др£ бзлансврозхз. Установлено„ что джя уравноззенваяня спгкдеяя по его отаезг-телзккм коязЗакЕян подхода? ранее рагргЗстгякий на яафэдрэ технологии нглшЕсстробнЕЯ» кетайгорзаупах стазов s кнетр^/э--нтоз РУДК дагчпк СЕПП ( сбз?обслохсжшй преобразовалась кере-меяениэ}. Проаязгазнрозаз зоз?дз2:-:сстз гепользеваяня для ypas-кокоихвакхя глаккзля ш> абгслатан« холэбгнкяй станзш серзйно В'Л',усклс-л::.-д прсмюяеннсстьв дзтчаков колебаний, устаяоагэзо, что для реагагациз этого засссбг баланезрозкл кеобходао разработать гошй хогорнЗ даяаея быта виброметром. ТгяоЗ зояокснкс-озтнчвсхж? з&ччах абсолятккх ходебаний бая создан, ¿ в яроцэссэ эго гтаслзгсзал-ш удалссз разработать з гэгото-

вить более простой и дешевый (без использования световода) датчик с более высокими параметрами (с чувствительностью не менее 29 мВ/мкм в диапазоне 40-300 Гц).

Учитывая различную чувствительность предлагаемых способов балансировки к внешним механическим помехам, для каждого из них предложен свой способ построения узкополосных фильтров. Рассчитаны параметры элементов схем этих фильтров, изготовлены опытные образцы и проведено исследование их характеристик.

В соответствии с выбранным направлением реализации предлагаемых способов балансировки разработан, изготовлен и исследован макетный образец блока ввода информации в ЭВМ, куда вошли измерительные схемы и все основные элементы будущего микропроцессорного балансировочного устройства. Блок-схема ма- . кетного образца блока ввода информации представлена на рисЛ.

В третьей главе изложены теоретическое обоснование, математическая модель, программное обеспечение для ЭВМ, штодп-па и результаты лабораторных и цеховых испытаний способа балансировки шпинделей особо точных токарных станков по абсолютным колебаниям станины.

Показано, что для балансировки шпинделей рассматриваемый способом измерения колебаний станины, вызванных неуравновешенностью шпинделя, достаточно проводить по одной оси (т.е. одним датчиком колебаний), в том числе и Не проходящей через центр масс станины. Показана линейность зависимости амплитуды колебаний станины в наблюдаемой точке от дисбаланса шпинделя. Установлен частотный диапазон, в котором наиболее целесообразно проводить балансировку рассматриваемым способом:

- нижняя граница частотного диапазона должна минимум в 3 раза превышать большую из собственных частот -станины или инерционной системы датчика, абсолютных .колебаний, используемого при балансировке; ' '

- верхняя граница частотного диапазона должна быть минимум в 3 раза ниже частоты, соответствующей первой критической скорости шпинделя с обрабатываемой деталью.

Чтобы устранить влияние привода, измерения амплитуды колебаний станины, вызванных дисбалансом, производятся на частоте настройки электрического фильтра на выбеге шпинделя. '

Для определения параметров дисбаланса шпинделя по абсолютным колебаниям,станины с помощью микропроцессорной техника

ю V .: ■ : . .'■'."'' ■••

РисЛ .Епок-охома макетного образца блока ввода информации балансировочного устройства: 1гшпиндель станка; 2-шгат$орма для креплания световода датчика СВШ; 3-датчик СВПП; 4-дат-. чик абсолютных колебаний; 5-источшк питания датчиков-(1ЕС-13); 6-предусшштель; 7-блок . . уоксподосквс рззоиансашс фильтрап; 'В-узкоподосный фильтр, образованный последовательным-•'ввяэчешеа ЙВЧ » ©НЧ; Эгвдвктранша- коыиутатор; 10-пиковый детектор; П-вольтметр ■ (В7-27);

12-АВД

предложены два алгоритма. Первый алгоритм реализует стандартный катод трех пробных пускав, требующий измерения.'амплитуды -колебаний станины в четырех случаях: без пробной массы и ара раза с пробной массой, переставляемой последовательно на определенный утол. На основании результатов трех пусков с пробной массой рассчитывается угол дисбаланса, а на основании рэ-» зультятов пуска без пробной массы и одного из пусков с пробной .массой рассчитывается величина корректирующей массы. Эгот алгоритм позволяет ускорить процесс вычислений, не внося в стандартный мотод трех пробных пусков принцшшалышх изменений.

Второй алгоритм реализует другой подход, который без процессора не мог бы обвопечить достаточной точности и скорости вычислений. Этот алгоритм позволяет на основании только трех •пусков шпинделя с пробкой массой, переставляемой последовательно на определенный угол, однозначно вычислить параметры дисбаланса, т.е. позволяет повысить производительность балансиро-вкн. Щ ц реализации этого алгоритма утол расположения дисбаланса находятся по' стандартной методике. А величина корректирующей массы находится по формуле

та*т„0/Г, (?)

где ~ величина корректирующей и пробной kip.cc соотве-

тственно ;

3 - амплитуда колебаний станины, вызванных исходным дисбалансом;

Г - амплитуда колеоаний станины, вызванных только дисбалансом от установки пробной массы.

Но в отличив от стандартной методики, б которой величина ' В измеряется при пуско без пробной массы, а величина Т находится из квадратного уравнения, составленного по результатам пускл. оез пробной массы и одного из пусков с нробной массой, в предлагав»-.ой методике веЛичины -В и Т находил! путем решения трансцендентного уравнения

0.5ф№)(8]

где - результаты измерений при пусках шпинделя с

пробной массой, устанавливаемой на соответст-

\

вуицае углы.

Два корня уравнения (в) и ^ соответствуют искомым значениям D а Т . ' '

Как правило,- полученные значения массы корректирующего груза и угол его установки получаются нецелыми. Округлишш результатов приводит к уменьшению точности балансиревли, поэтому предлагается компенсировать выявленный дисбаланс не одной массой, а двумя определенными массами, установленными im определенные углы таким образом, чтобы сумма векторов дисбалансов от' этих масс была'протиьополокна вектору устраняемого.дисбаланса, причем величины масс (в граммах) и углы их установки (в градусах) вырачшлись бы целыми числами. Разработана программа-для эвм, позволяш|ая из всех возможных комбинаций парных груаов массой 3, 4, 12г найти такую комбинацию дьух грузов и целых углов их установки, которая с заранее заданной точностью заменяет рассчитанные значения компенсирующего груаа и угла его установки.

Проведены лабораторные и цеховые испытания рассматриваемого способа балансировки, которые показали, что его использование позволяет балансировать шпиндели особо точных токарных станков практически до уровня вибраций, вызванных неточностью изготовления рабочих поверхностей опор шпинделя.

В четвертой главе изложены теоретическое обоснование, математическая модель, программное обеспечение для ЭВМ, а также -приведены методика и результаты лабораторных испытаний способа 1 балансировки шпинделей особо точных токарных станков по отно- 1 сительыым колебаниям шпинделя.

' Показано, что преимуществами такого способа по сравнению с изложенным выше является повышение достоверности первичной информации (особенно на низшие частотах) и меньшая чувствительность к внешним механическим помехам. А недостатками этого способа балансировки является значительно более сложный алгоритм нахождения параметров дисбаланса, поскольку при использовании данного способа измерение вибросмещений шпинделя производится бесконтактным датчиком, то царапины, неровности обработки, отклонение формы отражающей поверхности*, колебания которой фиксируются датчиком, "маскируют" сигнал от дисбаланса, -и фильтрацией4исходного сигнала удается избавиться лишь от тех из помех, частота изменения которых шэ совпадает с частотой

вращения ротора. Кроме того, для обеспечения высокой'точности определения параметров дисбаланса необходимо иметь точную АйЧХ системы "шииндельтолоры", чтобы учесть сдвиг фаз меаду центробежной силой и вызываемым ею смещением шпинделя. •

Анализ векторных диаграмм колебаний шпинделя в плоскости, перпендикулярной оси его'вращения, показал, что достаточно Провести, измерения скалярной величины амплитуды относительных колебаний шпинделя на трех различных частотах вращения, чтобы дутеы определенной расчетной схемы найти, а затем и исключить из расчетов величину и угловую хсоординату^ектрра суммарных погрешностей форш отражающей поверхности , величина к угловая координата которого не зависят от. скорости вращения йпинделя (сигнал от других помех:устраняется примененном узкополосншс резонансных фильтров в измерительной схеме).

' . Поэтому предложена следующая методик" балансировки. Измерения амплитуды колебаний шпинделя проводятся на выбеге шин- ■ деля при последовательном совпадении частоты его вращения с частотой настройки каздого из трвх»(минимум) узкополосных резонансных фильтров в трех случаях: без пробной массы, с проб- • ной массой, установленной в определенной точке, принятой за 0°, н в противоположной ей точке (160°). ■

Расчетная схема основана на последовательном решении ряда косоугольных треугольников, каздая.пара из которых имеет одкн общий аяемент. Яри этом на основании полученных после каждого пуска результатов измерений иолио записать.систему тригонометрических уравнений с тремя не;, костными. После совместного' решения трех таких систем ураЕНошы на основании знания АФЧХ динамической сибтемы' "шшщдельт-опоры" можно вычислить величину корректирующей массы и угол ее установки-.

- Алгоритм нахождения параметров вектора дисбаланса рассматриваемым способом реализован в виде программы для" ЭЕУ. Он предусматривает: -

Под термином "вектор суммарных погрешностей формы отра-яапдей поверхности" здесь понимается амплитуда и-фаза сигнала оптического датчика, вызванного всей совокупностью изменения отрадавдей способности поверхности шейки шпинделя, с которой снимается сигнал-^царапины, неровности -обработки, погрешности Форш, потемнения'и т.п.).

-вычисление модуля вщстора суммарных погрешностей формы отражавшей поверхности I" из биквадратного уравнения вида л *

АГ+ВГ+С^О, ' Ь)

гдо Д„ ЦР С - некоторые коэффициенты, выраженные через

значения фиксированных частот настройки уз' ' кополосных фильтров в измерительной схема *

коэффициенты динамичности и фазовУе углы системы "шпиндель-опоры" на этих частотах ^их выражения здесь опускаются]); -долее на оснога1щи_зна,нйя модуля вектора /-" находятся модули векторов также из биквадратного уравнения

* г

гдо В{ - модуль векторя вибросмешания шпинделя, от центробежной силы, вызванной исходным дисбалансом, на верхней фиксированной частота настройка узкополосного фильт-

п ра;

Щ - модуль векторе вибросмешений шпивделя от центробаз-ной силы исходного дисбаланса и дисбаланса от пробной массы, установленной на угол» принятый за 0°» на верхней фиксированной частота настройки узг.слолоско-■ го фильтра; Ву - ю же при установке прсбю" кассы на''угол Лп* А** Сц - аналогична А, г-о-К^цтанта*»

-находится модуль вектора ^ (вектор. пагдаэт..

вызванного дисбалансом от установки только пробно!', масок, верхней фиксированно,! частоте настройки узгмполосног» фильтр'']

-величина корректирующей кассы рассчнтшзаэгся по йзтк^улэ

гдэ Ш/^Ш;}. - величины корректлрущзЗ и пройюЗ г,асс' соотаз-

. ' тственяо; 1

-угол расположения дисбаланса относительно точки, пронятой за 0°, находится по формуле ч

а =л/г+(1з)

Где V/=Ат?+.

Далее в работе представлены результаты лабораторных испытаний рассматриваемого способа балансировки, которые показали, что его применение обеспочнлапт такую же точность балансиров- . ки, как и использование способа йаданоировки по абсолютным колебаниям станины.

В конце главы дал сравнительный анализ разработанных опо-' собов балансировки, показавший, что для одноплоскостной балансировки шпинделей особо точных тдкзрных станков целеоообразно использовать способ балансировки по абсолютным колебаниям станины, который при приблизительно одинаковых точности уравновешивания, производительности и сложности измерительной СШ1Ч1 позволяет более просто и быстро находить, а также постоянно контролировать в процессе обработки величину остаточного дис-* баланса, использует значительно более простой математический аппарат, применяемый для обработки результатов измерений, и", главное, но требует решения такой сложной проблемы: оперативного нахождения №11 динамической системы шпиндельного узла.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДУ ПО РАБОТЕ

1.На основании литературных данных проведен сравнительный анализ методов и средств балансяровки, пригодных для использования при уравновешивании шпинделей особо точных токарных станков. Проведенный анализ показал, что обеспечении установленных критериев оценки сучестнулцих методов и средств баланси-4 ровки отвечает уравновешивание шпинделя специальными балансировочными массами, устанавливаемыми в соответствующий паз, на основании предвар>.'. 1.1ьно измеренных параметров дисбаланса, нр^чям из методов' определения параметров дисбаланса наиболее целесообразно для решения поставленной задачи использовать метод шдплитуд с применением в хачество частотно-избирательного устройства активных фильтров.

2.Разработан и собран экспериментальный стенд, имитирующей шпиндельную группу особо точного токарного станка. Проведены статические и динамические испытания экспериментального стенда.

• З.Для различных модификаций-шпинделей особо точных токарню станков предложена относительно простая и удобная на практике методика нахождения с достаточной,точностью собственных частот системы "шпиндель-опоры" и критических скоростей шпинделя в зависимости от массы и'размеров обрабатываемых-деталей. -

4.Показано, что для обеспечения требований к качеству об- ' работки на особо точных токарных станках уровень колебаний . шпинделя после его уравновешивания должен в среднем не болеэ чем-в 2 раза превышать уровень колебаний,■ вызванных неточно-' стью изготовления рабочих поверхностей его аэростатических опор.' Этот расчетный уровень и результаты статических испытаний экспериментального стенда-позволили установить, что остаточная неуравновешенность шпинделя в плоскости центра тяжести обрабатываемой детали не должна превышать 2,0 г*см.

5.Разработаны два способа определения параметров дисбаланса шпинделей особо точных токарных станков: по абсолютным колебаниям станины станка и по относительным .колебаниям шпинделя, которые теоретически обоснованы и для каждого из которых разработаны математическая модель и программное обеспечение для ЭВМ.

6.Дня повышения точности устранения выявленного дисбаланса предложено его компенсировать двумя целочисленными массами, установленными на целочисленные угли таким образом, чтобы сумма векторов дисбалансов от установки этих масс была противоположна вектору устраняемого дисбаланса. Подбор величин масс из , числа- имеющихся и углов их установки осуществляется на ЭВМ по разработанной для этой цели программе.

7.Проанализированы и рассчитаны требуемые параметры для датчиков колебаний, используемых при балансировке. Спроектированы, изготовлены и исследованы фотоэлектрические датчики колебаний, обеспечивающие измерение колебаний с амплитудой от 0,01 мкм в частотном диапазоне 40-300 Гц.

8.Учитывая различную чувствительность разработанных способов балансировки к внешним механическим помехам, для каждого из них предложен свой способ построения узкополосных фильт-

• ' 17

) ■ . .

ров. Рассчитаны параметры этих фильтров, изготовлены огштшю образцы и проведено исследование их характеристик.

9.В соответствии с выбранным направлением реализации предлагаемых способов балансировки разработан, изготовлен и последовал макетный образец блока ввода информации в ЭШ5 ¡уда вошли п измерительные схеш балансировочного устройства, кото-■ раз, как показали проведенные испытания, по своитл паршлотраи

полностью отвечают предъявляемым требованиям.

10.На разработанном экспериментальном стенде проведены лабораторные испытания предлагаемых способов балансировки. Ви-полнэЬный на основании лабораторных испытаний их сравнительный анализ показал, что душ одношгаскостной балансировки шпнндслеГ; особо точных токарных станков более целесообразно использоват:. способ балансировки по абсолютным колебаниям станины.

11.Цеховые испытания одноплоскостной балансировки шпинделя проводились на особо точном токарном станке модели МК6514 . и показали, что способ 'балансировки по абсолютным колебания,., станины обеспечивает достижение остаточного дисбаланса, практически соответствующего шшилыи возш.гноыу уровни для данной тошдестп, изготовления аэростатических опор шпинделя.

12.Выполненные .на АО "Красный пролетарий" по мэтодйке сШИШа расчеты экономической эффективности оснащения особо точного токарного станка шделп МК6514 разработанным баланриро-вочным устройством показали,' что экономия за счет сокращения вспомогательного времени при работе на таких станках составляет 23809 рублей (в ценах 1РЯ7 г.) на каздыЗ! станок.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах: ■ '

1.Позняк Г.Г., Потапов С.П. Экспериментально-аналитический метод определения ЛИХ вращающегося шпинделя / РУДН. -М., 1994.,- 7 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.02.94, Л- 374 3 94..' .

2.Лозняк Г,Г., Потапов СЛ.., Рогов В.А. Разработка и исследование датчика абсолютных колебаний / РУДН. - М., 1994.•-8 с. -Доп. в ВИНИТИ 10.02.94, И 375 В 94.

3.Свотоболоконный датчик колебаний: А. с. 1700384 СССР: МКИ3 5 01 Н 9/00, И 04 Я 23/00 / Г.Г. Позняк, Н.Н. Гудшлэп-ко, В.А. Рогов и С.П. Потапов. - Опубл. 23.12.91. Бш. Я 47.3 с.

S. P. Potapov

Tho balcnoins of cpindles of ultra precisión machino tcols

Th;> disbalanco of spindlo3 1s tho major factor affoctm» accuracy of nrchinincr on ultra praoisicn rachina tools. Cm of tha problons to be solvad for incroáso of officiency of such räch i r, os is dovoloprant of iraens for rapid balancina bscruso vory often balcnaip.3 ls roquired prior to irachlning df oach ssparato part. • ,

Tha rathed of sinjle-plnr.o balanomj of spindlos of ultra prscision rraohina tools has bssn dovolcpsd. Spacial Vibration cauips, syston of caasuroiront and data procossinsj by corputsr havo boen dasignsd for thD purpoces of tho ebovo rranticnsd task, ThD ratbbd of assassmant of rsouired accüracy of balan-' oin3 has t:;?n olaboratöd olong mith a nathod of dstorminäticri of nnindla natural frcquencies and critical angular volooitiss of spindlos dopondin^ on thair.iraisnts end parasaters of tha rorkpiocos to bo rachin?d.

Tho nioroprocoscor syntom dssi[ff¡nd in a fern of an cuto-ncseus block can bo usad not cnly for balarsoina of spindles . ■ tut for similar purposos cf balanoinsof grindin? t;hsQls in ■ situ on Rinding: rech i ms, balanoing.cf rotors oto.'

14*00%.. ' " OtfeCT Irr» j.- ' • .Ihn» ICO •J.; KB