автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Статистическое исследование, метод контроля и оценка погрешности вращения шпинделей прецизионных станков

Государственное акционерное объединение станкостроительной и инструментальной промышленности

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ, МЕТОД КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ ■ ПРЕЦИЗИОННЫХ- СТАНКОВ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

УДК 621.9.06-187.4-229.33.001.5(043.3)

ЛЕВИН Александр Маркович

Ыооква 1991

Работа выполнена в Экспериментальном надчво - исследовательской институте металлорежущих ставков.

Научный руководитель - доктор технических ваук,

профессор Аверьянов О.И.

Официальные оппоненты -доктор технических наук,

профессор Пуп В.Э.

- кандидат технических наук Поталов Е.П.

Ведущее предприятие - Московский завод ноординатво-расточных ставков

Защита соотоится "2 5"и ОКТЗ&Д? 1991 года. -в 3 часов 20 иинут ва заоедании специализированного совета Д 125.01.01 Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков по адреоу: г.Мооква, 117926, 5-Й Довокой пр.,д.21-6.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Экспериментального научно-исследовательского института металлореку -них станков.

Автореферат разослан "23> п иц-сгЧ&рЯ 1991 года.

Ваши отзывы ва автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по указанному адреоу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного оозета кандидат хехничеоких наук

И .В. ГОЛУБЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность аекы. Тема диссертационной работы посзяцеиа вопросам контроля я методах? свзмазя погреавооти вращения прецпззонвых ппзвделей еа опорах вачевия. Развитие хзхаагп связано с вепрвразвим поанЕвЕзам требозанвй к точности аавян. Задача увеличения выпуска станков высокой а особо высокой точвоота остается загвой а перспективной. Погрешность форша деталей, обрабатываемых на таких ставках, из долзва ярезппать 0,2 ... 0,5 шш. В згях ::s пределах долзна багъ погреяность зраиваа спинделейуказанных ставиоз. А это связано с проблемой создавая особо точных подпяпвзкоз, разработка методов контроля точности вращения прецЕзаовкых пяянделеа и еа эффективного пс>-вниэпая.

Вопросам! хочвоофя вращения шивделей ва опорах начзвая a se вла-яавя па точность обработка язделай на станке посвяцено больше количество работ, опубликованных: пак в отечеогзевнсй, так а зарубежкой литературе. Однако .до настоящего вреыеви липь отдельный стороны згой дроблена ваылз в вяг esos ограгавяе. Ккеюадеся результаты исследований явно недостаточны, чтобы з полной''isapa удовлетворить требования, предъявляемый к точности вращения пливделэй прецаэиовяах стаипоэ.

- Цель работа заключалась в разработка методов контроля я оинзе -няя погрешности вращения прецизионных шпинделей на опорах качения»

Задача-исследований. Для достижения поставленной цела потребовалось исследование процесса вращевая шпинделя, установленного на подшипниках качения я разработка математической коделз, с поаощью которой mosho с заданной 'доэорательвой вероятность*) оценить погрешность вращения шпинделя; создать эффэктаввзю" и'достоверную кегодину ее контроля з процесса обнатви а эксплуатации; определять влияние ввяо-торах конструктивных з эксплуатационных параметров ппяндельаого узла аа его погрешности вращения; экспериментально последовать зависимость погреиности вращения радиально-упорвых шарикоподшипников от некруг-лостя дорожек качения ах колец; экспериментально определить корреляционную езязь логрепности вращения спинделя с погрешность» вращения его опор; исследовать влияние фактора сборки на погрешность врацения прецизвовных епиндольних узлов; использовать результаты проведенных доследований для создания и испытания опытных образцов прецизионных овввдедьвых узлов, оовавдввых особо точвяиз подвсазвкаиа качезая; последовать завнонаость яогрезяоегз зрацззза гпзадаля ог прододгягв-

дькоста его эксплуатации; провести производственные испытания епин-деля, аттестованного по разработанной методике.

Методы исследований. Поставленные задачи решались комплексно, путем проведения теоретических и экспериментальных исследований.Теоретические исследования выполнены с использов.анием основных положений теоретической механики, теории колэбаний, динамика станков,численных методов и математической статистики. Эксперименты были проведены на стендах для исследования прецизионных шпиндельных узлов с использованием современной измерительной аппаратуры.

Научная новизна: - разработана схатистичесная модель пофреавоо-тй вращения впинделей, позволяющая с заданной доверительной вероятностью определить ее величину;

- определено влияние конструктивных и эксплуатационных параметров шпиндельного узла на погрешность вращевия шпинделя;

- разработана методика достоверного определения погрешности врг щения шпинделя ( включающая аналитический способ исключения систематической ошибки, связанной с погрешностью формы измерительной оправки, и статистическую модель погрешности вращения шпинделя);

- обоснована возмоеность создания нпинделей на опорах качения с погревиостыо вращения во всем диапазоне рабочих частот 0,2 * 0,5ыщ

- установлено,что нейду погрешностью вращения переднего подшипника и погрешностью вращения шпинделя-на относительно бйзних чаоютг ( с1-?ь 1,8-Ю5 ) осуществляет линейная зависимость;

- определено влияние фактора сборки впиндельного узла на погрес ность его вравдная ( изменяется в 1,1 * 1,5 раза, дает при соблюдешь прецизионной технологии ).

Практическая ценность и внедревие результатов. Выполненные разработки по определению методов контроля и снижения погрешности враце иия прецизионных шпинделей на опорах качения дала возмоеность:

- разработать достоверную методику контроля погреавости врадеЕ! прецизионных шпиндельных узлов на опорах качения;

- определить влияние конструктивных и эксплуатационных парамет ров шпиндельного узла на. погрешность вращения впинделей;

- выявить ряд способов, уыепьшаюадах погрешность вращения прецизионных -впинделей ( отстройка от резонансов путем изменения длины п лета шлифовальной оправки или массы стопорной гайки круга; отбор по; шипников по спектрам их погрешности вращения; изменение массы патро-

на; изыевевае в процессе проектирования компановки шпиндельного узла);

. - создать шпинделя на опорах качения с погрешностью вращения во всем диапазоне рабочих чаотот 0,2 -4-0,5 мни;

- определить существование линейной зависимости мегду погреико-отьв вращения шпинделя и погрешностью вращения его передней опоры ( при с1-1Ь г= 1,8'Ю5 ми-мин"*).

Полученные результаты переданы Московскому заводу координатно-расточных станков я Производственному объединению Иаевский машиностроительный завод для использования.их пра оценка достоверности диагностика отклонений фораы деталей,' обрабатываемых на координатно-расточ-вых станках и аттестации скоростных токарвых шпиндельных узлов на опорах качения класса точности "А".

Апробация в публикация работы. Основные полозения диссертации обсуждались на Всесоюзных научно-практических конференциях ( г.Одесса, • 1989 г.и г.Оренбург,1989 г.); на семинарах "Использование вычислительной техники в метрология", "Новое в ыетрологичеснсш обеспечении машиностроения" ( Московский Дом научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзераввского) и "Отраслевая наука - производству"(ЗНИМС); на заседании Экспертного совета отдела 1й 34 ЭНИМС,1991 г.

Материалы диссертации опубликованы в 7 научных статьях и 3-х научно-исследовательских отчетах. Отдельные результаты полояены в основу изобретения, защищенного авторским свидетельством.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения,4 глав, основных выводов, библиографии,включающей 114 наименований и 2-х приложений. Основное содеркание диссертации изложено на 181 стр.машинописного текста, 56 рисунках и в 2 таблицах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении указывается на научную и практическую значимость темы, перечислены основные задачи, которые необходимо решить,и основные результаты работы.

. В первой главе диссертации анализируется состояние вопроса и на этой основе формулируются задачи исследования.

Вопросу точности вращения шпинделей на опорах качения посвящено большое количество работ .опубликованных как в отечественной, так и зарубежной литературе. Условно эти работы можно разбить на четыре группы: я первой группе отвосятся работы по изучению влияния точнос-

гв вращения пякнделя на баланс точности станка; ко второй - работы, посвященные исследованиям погреаности врацения подшипников качения; к третьей - работы, устанавливающие взаимосвязь ыевду погрешностями вращения шпинделя и его.опор; к четвертой - те, в которых исследуется методы повисения точности вращения ппввделей на опорах качения и .негоды ее контроля.

Изучение работ первой группа (наиболее существенные среди них труди таких ученых как В.Д.ВеЙца, АЛ.Ввльсона, В .В.Каминской, A.M. Гильиаиа, Э.Ф.Капанца, В.А.Кудииова, Д.Н.Репетова, В.Т.Портмава, В.ВеСелезнзвоа, А.Ц.вагатвера, ]f. Vetikattaman) показало,что точ -вость врацевь-я ппинделей.и располовеаае их осей определяют точность' обрабатываемых поверхностей по большинству вагнейаих параметров: бсеили, некруглосгв и конусности поверхности вращения, неплосткост-иости, непараллельное^ или перпендикулярности плоскостей к осей поверхностей вращения к базоЕшз поверхностна. В этих работах констатируется существование зависимости мезду погрешностью вращения идввде-ла на холостой ходу и погрешностью формы обрабатываемой детали.

Исследованиям погрешности вращения подшипников качения'посвящены работы В.Б.Бальмонта, С.Брауна, Б.Датнера, П.Гупта, В.Ф.Журавло-ва, Х.Каваи, М. Абэ, И.П.Ковалева, М.З.Народецкого, В.Г.Портмана, К.Ы.Рагульсшзса, Д. Н.Ренетов а,- К.Н.Явленского, Н.Та «шад, Е .¡¿¿нд^ии G-. Lurt,d&e%<£ .

В них рассматриваются вибрации внутреннего кольца подшипника пра его вращении.

Анализ этих работ на основе сопоставления погрешности вращения подшипника, вычисленной по экспериментальному ( « 0,1 мкм ) в теоретическому ( 0,01 шш, т.е.ва порядок меньсе) спектрам показал,что теоретические выражения, полученные в названных визе работах,.моаво использовать только для качественного анализа влияния погрешностей изготовления колец и шариков подшипников на погрешность вращения шпинделя.

К работам, устанавливающим взаимосвязь ыенду погрешностями вращения шпинделя и его опор, относятся работы В.Б.Бальмонта,В.Ф.£урав-лева, Э.Ф.Капавца, К.К.Кузьмича,А.Г.Павлова, К.Н.РагульскисаД.Н.Ре-шетова, В.Т.Пориана, А.М.Фигатнера, Р.Пиотраике, К.Н.Явленского, £.&а4,$. Fukatafl.TamutQ, H.$h.imiz.U . Все они базируются на фундаментальных исследованиях изгибвых колебаний вращающихся валов и погрепвости вращения шарикоподшипников. В приведенных работах был сделан цел'-'Ё ряд существенных допущений при моделировании погреино-4

и вращения впинделя на опорах качения. Поэтому полученные резуль-ты могли дать лишь качественную оценку процесса. Следовательно для ганокления зависимости неяду погреаностью вращения шпинделя и по-ешностью вращения его опор необходим статистический подход к реше-в этой задача.

Большое внимание в известных нам работах,авторами которых явля-ся В.Б.Бальмонт, А.С.Кельзон, В.К.Кириллов, Д.Н.Реаетов и В.Т.Пор-ан, уделено методам повышения точности вращения шпинделей на опо-х качения и методам еа контроля. Однако, математические подели чноста вращения впивдельного узла, разработанные в рассмотренных .ботах, не учитывают случайный характер исследуемого процесса. Ни в ,ной из работ, которые исследуют погрешность вращения шпинделей на ;орах качения, не рассмотрена динамика ее изменения в процессе экс-[уатации.

Обобщение результатов предшествующих исследований, изложенных в :азанных работах,а такие их анализ показали,что для создания особо )чных шпиндельных узлов на опорах качения необходимо разработать [ециальные методы контроля таких шпинделей^

Во второй глазе проводится теоретическое исследование погрешно-:и вращения прецизионных шпинделей на радиально-упорных шарикоподша-шнах, необходимое для решения следующих задач:

- разработки статистической модели погрешности вращения шпинде-¡й, позволяющей дать ее достоверную оценку;

- прогнозирования погрешности вращения впинделей на основе изме-зння спектров погрешности вращения опор;

- определения влияния некоторых конструктивных и эксплуатацион-IX параметров ипиндельного узла на погрешность его вращения.

Это дало возможность создать достоверную методику контроля по-эенностн вращения прецизионных шпинделей и разработать методы <3ни -зная их погрешности вращения.

При этом были сделаны следующие допущения: - погрепность враще-ня шпинделя на определенной частоте вращевия моано считать стацио-арным случайным процессом, который зависит от очень большого числа акторов: погрешности изготовления дорокек качения, колец и тел на-ения подшипников, дефектовмонтааа последних (определяют периодиче-кий характер основных возмущений и остаются неизменными в течение лительного периода работы станка); взаимного перекоса колец; про-кальзывания шариков относительно дорожек качения и их прецессии; мещения траектории движения шариков по сечению желобов колец под-

пшпника, изменения толщины масляной пленки; возмущений, обусло: ленных столкновением неровностей и загрязнениями подшипников;

- за время обработки одной детали рассматриваемый процесс об; дает эргодическин свойством'.

Погрешность вращения шпинделя может быть представлена следуш выражением:

= йии. cos(a)%.t - VXi) , ( I где Ui "

Ашг. ~ случайная амплитуда ^ -ой нормированной частотной cot

тавляющей спектра погрешности вращения шпинделя,мкм; Ч - индекс, равный Ъ- *ft/j0-, fi*ie; ji, - частота I -ой гармоники,Гц; j-g - частота вращения шпинделя,Гц; I - порядковый номер частотной составляющей в спектре; ^ti ~ круговая частота - нормированной частотной состг

ляющей спектра погрешности вращения шпинделя,рад/с;

- частота - спентральвой составляющей,Гц; t - время, с;

случайная начальная фаза спектральной со ставляюще£ распределенная по закону равномерной плотности в интер! ле [о,2я[, рад;

- количество значащих гармоник в спектре погрешности враг вия шпинделя.

Распределение случайной величины при фиксированном значении t даже для небольших liH мокно заменить вормальным р£ определением с поправочным членом. Плотность вероятности j- (Ущ.) случайной величины Ум удовлетворительно апроксимируется рядом Г{ ма-Шарлье, так как $(Ущ.) = 0 при \УШ\ > > ДШг . Доверительнь интервал погрешности вращения шпинделя в зтом'случае определяется выражением: / '. -—,

Нуш = ]fF- К у |Е1 (МаШ1+ Ъвшъ.) , ( 2

где Мйшъ. ^Ъйшх- ~ "^тематическое ожидание и дисперсия случайной величины ^Ашх,- ,'соответственно; К - корень уравнения:

dr J о, С 3

•.w

t - заданная доверительная вероятность.

Для прогнозирования погрешности вращения шпинделя на основе татистических характеристик спектров погрешности вращения его опор ала получена следующая зависимость:_

= ^ (ML + ^ , )(F.i2 + ?t ) ' , ( 5 )

Д0 jlü (Ctmll* Ы * C„n Ii'« Ы) • tlK(i) COS _ .

'^=КИ Vi Р.1 l)T+ ^^ «V ] ' (6)

• 0 >0 ' J

u)ß - угловая частота вращения шпинделя, рад/с;

координата т. -го подшипника; ± - время,с;

% . агс^ I

" ^ Pt-C^n/T,.-^

Т{ - период вращения шпинделя, с;

Т0 - общая длина записи реализации временной функции,с;

Zr. амплитуда, мкм, I -ой гармоники

v i-tfl

ряда Фурье погрешности вращения m -го подшипника; Рк,nK,1iK,(i)7u'KC~) " собственная частота, рад/с; коэффи-

циент затухания, ; амплитудная функция прогиба и угла по. ворота к-ой формы колебаний; - ■

- масса единицы длины i -го участка шпинделя постоянного сече-■t. « ния, кг/мм;

h - количество подшипников в шпиндельном узле; К3ц - количество значащих форм колебаний; X, - количество участков постоянного сечения в шпинделе; Ct и Сп- радиальная и перекрестная жесткости т- -го подшипника в Н/мкм и Н/рад. На основе выражения ( 5 ) была разработана специальная программа для прогнозирования погрешности вращения шпинделей. Результата засчетов приведены на рис.1.

Наибольшая погрешность вращения шпинделя наблвдается при совпадении с первой собственной частотой изгибных колебаний шпинделя некоторых составляющих слектра возбуждения подшипников, ^еы выше собственная частота изгибных колебаний шпинделя и чем ниже его частота вращения, тем меньше зон,в которых наблюдается рост погрешности вращения, что видно из выражения ( 5 ). Собственная частота изгибных колебаний спинделя зависит от длины вылета шлифовальной оправки и массы шлифовального круга, от массы патрона и обрабатывав -мой детали, от расположения опор и их предварительного осевого натя га, от межопорного расстояния. Изменяя эти характеристики в допусти мых пределах, то есть насколько позволяют конструктивные и технико-эксплуатационные параметры шпиндельного узла, можно изменить собств иную частоту его изгибных колебаний. Это позволяет уменьшить погреш ность вращения шпинделей на опорах качения.

Для анализа влияния подшипников передней и задней опор ипиндел на его погрешность вращения был рассчитан вклад каждого из них в по грешность вращения шпинделя согласно полученного выражения:

н1„т [Сги-^пмИ^о^Г-т (8

При этом принималось, что наибольший вклад в погрешность вращения шпинделя вносит 1-ая собственная форма колебаний, что все подшипник! имеют одинаковую жесткость и погрешность вращения. Результаты расчетов для шпинделей представлены на рис.2. Они теоретически подтверж -дают вывод о том,что у наиболее распространенных конструкций шпиндельных узлов передний подшипник вносит наибольший вклад в их погрешность вращения. Однако, как видно из рис.2 , вклад каждого из под-шипнинов в погрешность вращения шпинделя определяется конструктивными параметрами последнего.

В третьей главе диссертации дается разработанная нами методина проведения экспериментальных исследований, включающая в себя:измере-ние погрешности вращения прецизионных шпинделей с применением современных измерительных систем и специальных статистичеоних методов обработки результатов измерений; контроль погрешности вращения радиа -льно-упорных шарикоподшипников; исследование влияния вибрации опор на погрешность вращения шпинделя,а также продолжительности эксплуатации на погрешность вращения шпинделя и его опор; оценку погрешностей средств измерений.

МКН

3

2,5 1

i,S i

0.5

Ну

л о

— теория

— эксперимент.

— 6H<¿m(uiuijiucpoBa/ibHa.$. -го/юзы

— шпиндель .. гг.скар.нсго Стси-ика

û ¿sao ш б оно scan шоп ma mm шва mm шз гтз мин1

Рис. 1. 6аёисимость nctfieuLHOcmic вращения Ьысекссес/т-ос m ной ^ячтниис^юсро&лльной го/ю&ки и шпинделя ■ токар-

ного ата-нка. от. частоты. В/глщениц.

с/ /о

SO ••

60

H

20

■ ßHymfiuuinucppßa/ibHaß zoßoSna с испифова/ьмой опплВнай

2 с ULßUcpobaAbHoü onfiaBnoü

IL KfTJ¿ ZCM.

- ш-пиндель токарного стссяка.

V'

m

I

Рис. 2.. &c/iay подшипникоё ê погрешность è[iAuyeH.u$L шпин-деля..

номер, подшипника.

В качестве объектов испытаний были использованы отечественные прецизионные радиально-упорные подшипники качения и их зарубежные аналоги, а также скоростная внутришлифовальная головка и шпиндельные узлы . .. . товарных станков.

На указанных выше объектах испытаний отрабатывалась методика контроля погрешности вращения прецизионных шпинделей, позволяющая исключить систематическую ошибку измерения. Амплитуды спектра погрешности вращения шпинделя содержат систематическую погрешность.обус -ловленную погрешностью формы измерительной оправки и неоднородностью ыагнитныу efcoPcTg> ее материала. Влияние составляющей систематической ошибки, связанной с неоднородностью магнитны* _ "свойств -материала оправки, можно исключить при тарировке измерительной системы, вычисляя величину амплитуд спектра погрешности вращения шпинделя по следующей формуле: l"/20

. е-10 к

Дим = -,/ .у -—.- , MKU / ( 9 )

iO -10

где

e - эксцентриситет тарировочного пояска оправки относительно t рабочего, мкм;

L>1 . - величина амплитуды гармоники с частотой, равной частоте вращения шпинделя, измеряемой бесконтантным датчиком по и тарировочному пояску оправки, дБ;

. Ьi - величина амплитуды гармоники с частотой,равной частоте вращения шпинделя, измеряемой бесконтактным датчиком по рабо-/ чему пояску оправки,дБ; LK - величина амплитуды К-ой гармоники, измеряемой по тарировоч-

ному пояску оправки; LK - величина амплитуды К-ой гармоники, измеряемой по рабочему пояску оправки.

Для того,чтобы исключить составляющую систематической ошибки измерения,связанной с погрешностью формы измерительного сечения оправки, необходимо проводить три серии измерений ( в начальном положении и при повороте оправки на 90° и 180°). При этом матецатические ожидания и дисперсии спектра погрешности вращения шпинделя определяются следующими выражениями:

где М/)ц,Нк,

% ushk • Мдизмк^дигн* > ^йизик > ^ausmk ~ математические ожидания и дисперсии амплитуд К-ой гармоники спектра погреиности вращения шпинделя в начальном положении и при повороте оправки на 180° и 90° соответственно.

Проведенные экспериментальные исследования показали,что для статистических характеристик амплитуд спектров погрешностей вращения шпинделей - объектов испытаний выполняется соотношение «яг МдШк

а величина 6 , определяемая выражением ( 4 ) лежит в интервале [-0,1; - 0,06].

Таким образом,формула ( 2 ) с учетом выражений ( 3 ) и ( II ) принимает более простой и удобный для практической работы вид:

= Ш ^ - ( 12 )

( при этом доверительная вероятность равна 0,95 ).

Четвертая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям погреиности вращения прецизионных шпинделей в зависимости от погреиности вращения их опор, отработке методики контроля при создании прецизионных шпиндельных узлов на особо точных подшипниках качения и проверке некоторых теоретических разработок.

При низкой частоте вращения ( А-ъ г= 1,8*10^ мы-мин"* ) имеет место линейный характер зависимости между погрешностями вращения шпинделя и его передней опоры. Эксперимент подтвердил достоверность теоретических исследований, изложенных во 2-ой главе диссертации ( рис.3 ). Регрессионная зависимость между исследуемыми величинами описывается выражением:

= 0,97 Hyni +0,4. ( IS )

На рис.4 представлен график зависимости процентного вклада второй гармоники нормированного спектра погрешности вращения шпинделя от процентного вклада второй гармоники нормированного спектра погреиности вращения переднего подшипника при 1800 об/мин. Регрессионная зависимость описывается выражением:

= + ( If )

\ нУш ' \ нУт J

Это говорит о том, что в данной лартии подшипников имеет место сильное вввянае второй гармоники нормированного спектра погрешности вра-

MKH 0,6

0.1

0.2.

H

tíut

Aoíe.(iumeAbHa$i ¿ohcl auhuu ¡lezfieccuu

u

1/

0.01

0,0fi 0.-Í2 0,16 . 0,2. MKM

PlíC.. 3, da,íucu.MOcmb nozfieiuHocrnu. éfiau+eHup. uMhM-H.ae.JL9. cm noz}ieuinocmu 6/iauieH.tc$L ezo rLZh.e%H.ezo n.ogucu.tvH.uea. n-fiu xacmome. ¿fia. -u^zhÍvc*. i8oO °s/muh .

/0

100 ■■

60 -

60 -

n -20

«a*

¿loíefiurmjtbH.a$t 3ona. gjiy, JLu-uuu ¡zezfieccuu

Hyn.1

0

20

%

60

SO

100

%

2¿zf

Puc. k'. ^h-a.<pu.K 3a&ucuMocmu. onv

Hy*. Hyrií

KjTM. Hacnvoms. bficxu<,<ZHU9- lu.nu.Hqe/ifl WOO c%uh

цепня Еа общи погрепнооть вращения подпвшшяа. Ез вклад составляет ' от 50 до 90 процентов. Такая же закономерность сохраняется п у ппин-деля, собранного на зтах подшипниках. Вклад второй гармоники в общуа погрепиооть вращения кпинделя составляет от 60 до 80 процентов.

Анализ зависимостей ( рис.З ) показывает,что «огут проявиться факторы, оказывающие существенное злияизэ ва'погрепиость вращения апинделя. В данном случае одвам из таких факторов является переборка шпиндельного узла. Б связи с этим было проведено испытанна шпао-дельвого узла при четырех сборках ва однзх а тех гэ подппппиках.На рио.5 показано влияние частоты врацзвпя и качества сборня на погрешность вращения спиндеяя. Результаты измерений показывают, что погра-сшооть вращения сппвделя в зависаюста оз частоты вращения пзмовяет-оя при 4-х сборках а 1,1 -5 1,5 раза. Резкий рост погрешности вращения сппвделя на частота вращения 9000 мэн"* при 3 я 4 сборках обусловлен работой вблизи собственной частоты колебаний корпуса сппвде-льпого узла. Учет фактора сборки, а также применение разработанной методвяи контроля и ониневия погрешности вращения шпинделей, позволяла создать сяавделя на отечественных подпгпнииах с погрешностью вращеввя во воем диапазоне рабочих частот 0,2-■» 0,5 икы ( на отдельных частотах - 0,25 •» 0,3 мим).

На осаованав разработанной ызтодпка ( гл.З ) проводилась испытания Еппнделя бабки изделия внутриплафовального ставка модели ЗМ225АФ2.1 ( рис.б ). Как видно из анализа полученных графиков полезность вращения шпинделя в интервале до 1000 об/мин левит в лре-делах 0,4 мни ( без патрона ) ■} 0,6 мни ( при наличии патрона и де--тали). В этих же пределах находится некруглость внутренней поверхности втулок.

Таким образом результаты производственных испытаний показали, что применение разработанной методика при определепаз погрешности вращеввя прецизионйЪго шпинделя бабки изделия позволяет указать ¡гафний предел ввкруглоста деталей, обрабатываемых ва данной внутриплифо-зальвои станке.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате проведения комплекса теоретических и зкеперимев-тальных исследований были сформулированы следующие выводы:

I. Разработана статистическая модель погрешности вращения шпинделя, позволяющая с заданной доверительной вероятностью определить ее величину.

MKM

10 0.0 0,6 0,1

0,2 0

H

ya

□

— i ctofrjea

— Z c£o}uca,

— b ctofvKa

— 4 cSofz-na-

7A

4k

i8 DO

BODO

9000

n■

MUH

-i

Puc. 5. iaBucUMocmb rwz.fi.euinocrn.u- &iui.uyeHti& iLuvu+tqejiiL JlOH 87- om. HdcmotnSL. ezo BhatneKUß.

u, om, K.a.ye.ctn&O' ctiofuctc.

MKM

0,6

OM -

0.2 ■■

Hyu MKM ¿R

0.6

0.1

0.2 ■■

ii

oi

•if d"

•51

uLruu.H.ge/!b c onjut,6xou tu.nu.Kge/ib c h-a-mfioHOM u. qama,/ibH>

u>

er

II fei

Hy,„ - f(*)

•o ca* ' o es*

O

n.

200

m 6oo

■800

im

i

Puc. 6. ici&ucuMoctnu ncifieiuHOcmtt ifuuu,tnuiL auiu-n^i^. So-Skcl tc^e/iuß emawax. Mogefi-u 5M225A&.i

ic H.e.r:fiyzAoctnu no&e/iXHocTnu oS/t-o.Soraclkhux. ^e.tna.jieiZ om Hacmotnbt Sfuiu£entt$,.

R

2. Определено влияние ¡конструктивных и эксплуатационных параметров шпиндельного узла на погрешность вращения шпинделей и пред-довен ряд приемов, уменьшающих погрешность его вращения (отстройка от резонансов путем изменения длины вылета шлифовальной оправки или массы стопорной гайки круга; выбор подшипников по спектрам их погрешности вращен^ изменение массы патрона; изменение в. процессе проектирования межопорного расстояния в шпиндельном узле).

3. Разработана методика экспериментального определения погрешности вращения шпинделя, включающая аналитический способ исключения систематической онибви,связан ной с погрешностью форкаизмерительной оправки и статистическую модель-погрешности вращения шпинделя.

4. На относительно низких частотах вращения {d-n, 1,8-Ю5 мм* нин-1) наибольший вклад з погрешность вращения шпинделя вносит его

передний подшипник.

5. Необходимо совершенствовать технологию прецизионной сборки шпиндельного узла с целью уменьшения разброса погрешности вращения шпинделя до 20$.

6. Разработанная методика измерения погрешности вращения прецизионных шпинделей позволяет указать нижний предел некруглости деталей, обрабатываемых на станке.

7. На отечественных подшипниках качения изготовлены шпиндельные узлы ( диаметр шейки 40-s 60 мм ), погрешность вращения которых во всем диапазоне частот ( 1800 -s 9000 мин"*) не превышает 0,2 * 0,5 ыкы.

Основное содержание диссертации отражено в следующих научных публикациях:'

I. Левин A.M. Прогнозирование точности вращения высокооборотнах шпинделей на опорах качения./новое в метрологическом обеспечении иа-няностроения.-М.:ЗДНТП им.ф.Э.Дзерхянского.-1989.-а.92-96.

■2. Данильченно Ю.М.,Левин A.M. Автоматизированное измерение погрешности вращения шпинделей станков.// Использование вычислительной техники'в метрологии при измерении линейно-угловых размеров в машиностроении .-М.:МДНТП им.Ф.Э.ДзерЕЯНского.-1987.-с.75-78.

3. Данильченко Ю.И.,Левин A.M. Повышение точности вращения шпинделей па опорах качения.// Совершенствование существующих и создание новых процессов изготовления деталей и изделий в машиностроении.-М.: МДНТП им'.Ф.Э.Дзержинского.-1987.-с.121-124.

4. Оигатнер A.M.,Левин А.М.,Фискин Е.А. Оценка точности вращения шпинделей прецизионных станков.// Станки и инструмент.-1990.-

№ I - с.19-21.

5. Фагатнер А.Ы.,'Левин А.М.,Фао1Шн Е.А. Методы оценки погрешности вращения быстровращающихся шпинделей прецизионных ыеталлоре-' гущих станков и пути ее снивения. //.Отраслевая наука - производству. П.: ЭНЙМС.-1991.-0.244-246.

6. Аверьянова И.О.,' Лафииева Р.3.,Левин A.M. Влияние подсшпнв-ков качевЕЯ на точность вращения высокоскоростных шпиндельных узлов. // Проблемы создания п внедрения гибких производственных и робототе-хнических комплексов на предприятиях машиностроения. Тезисы докл. Всесоюзной ваучно-прамич.нонф.-Одесса,1989.-с .100-101.

7. Дубовецкий Б.О.,Левин A.M. и др. Динамический в тепловой расчет высокоскоростного токарного шпиндельного узла особо высокой точности.// Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ. Тезисы докл. Всесоюзной ваучно-практич.ковф,- Оренбург.- 1989.-C.I3.

8. Результаты испытаний опытных образцов подшипников класса точности I: Отчет о НИР/ ЗНИМС; Руководитель А.М.Фигатнер.- Ё ГР 01890082449^ 1989.- 42 с.

.9. Методика расчета шпиндельного'узла на ЭВМ: Отчет о НИР/ЭНИМС; Руководитель В.Г.Баклыков.- >¿ ГР OI8S0067I26.-Ü. ,1988. - 54 с.

10. Результаты сравнительного испытания пластичных смазок в высокоскоростном шпиндельном узле.: Отчет о НИР/ ЭННИС; Руководитель А.И.Фигатнер,- к ГР 01860051305.-М.,1989.- 29 с.

11. A.c. I5I4486 СССР. Способ измерения радиального смещения оси вращения скоростных шпинделей./ ДанильчеНко Ю.Ы.,Дзюба В*й.,Фигат -вер A.M., Бондарь С.Е., Дубовецкий Б.О.,Левин А.М.,Фефелов А.А.-

0публ.15.10.1989,Бюл. te 38.

60x84/16

Подписано к печати 23.Ü7.9I Зак.859/§&у_

Ротапринт ОНТИ ЭНИМС

1,0 печ.л. Ткр.ЮО