Стендовые испытания траекторий движения оси шпинделя

(рис 9.1)Испытательный стенд имеет станину, на кот. установлен шпиндель 3, его привод и измерительная система для измерения траекторий оси шпинделя.

На шпиндель напрессовывается полумуфта из оловянистой бронзы. Шпиндель устанавливается в центрах. Наружная пов-ть полумуфты, с кот. взаимодействуют вихретоковые датчики 1, очень точная (допуск на овальность, конусность, биение – не более 0,1 мкм). На стенде неподвижно закрепляется кольцо 2, в кот. устанавл-ся 4 вихретоковых датчика 1, они плотно входят в отв-ие кольца 2 и фиксируются стопорными винтами (для регулировки зазора между пов-тью полумуфты и торцами датчиков 1). Зазор 2±0,01 мм – оптимальный для получения линейности характеристик токовихревых датчиков для измеряемого диапазона перемещений. Датчики включены в схему дифференциально (вых.сигнал от 2-х датчиков складывается), что также снижает погрешность от неточно-цилиндрической формы полумуфты. Датчики подключ. к усилителю 9 и усиленный сигнал подавался на 3 направления: к светолучевому осциллографу 8 (предназначен для записи сигнала на бумагу), к катодному осциллографу 7 (предназначен для визуального просмотра траекторий оси, для настройки, проверки работы измерительно-диагностической системы, для удобства наблюдения за нестационарными процессами, протекающими в опорах шпинделя, для удобства фиксации теплового перемещения траекторий) и компьютеру 6 (производит статистическую обработку данных).

Для обработки на компьютере необходимо иметь информацию о положении шпинделя в пространстве. Для этого используется датчик угла поворота 4, ротор которого соединён через упругую муфту со шпинделем. С этого датчика используется только 2 сигнала: базовая отметка (1 раз за 1 оборот шпинделя) и референтные метки (1/1000 оборота шпинделя).

Для усиления сигналов – усилитель ИП-22, который построен по методу измерения амплитуды высокочастотного напряжения на параллельном резонансном контуре. Контур питается от генератора тока стабильной частоты и изменяет модуль своего полного сопротивления на частоте питания при измерении зазора между поверхностью измерительного кольца и торцевой поверхностью датчика. Катушка датчика явл-ся катушкой индуктивности резонансного контура.

Рис 9.3 а)-траекторию описывает ось переднего конца шпинделя при отсутствии внешн.и силовых воздействий. Она является результатом кинематического воздействия шариков и дорожек внутреннего и наружного колец радиального шарикоподшипника.

Рис 9.3 б)- шпиндель имеет остаточный дисбаланс и развивается центробежная сила, диаметр кривой 2 –больше: это объясняется деформацией передней опоры шпинделя, искревление кривой 2 больше: податливость передней опоры по окружности не равномерная- результат неточности расточки отверстия под подшипник в передней опоре.

Рис 9.3 г)-расстояние между кривыми 1 и 2 – это доп.деформация опоры при увеличении действующей центробежн.силы.

Рис 9.4 запись траекторий 1 и 2 производилась с промежутком времени не более 20 с. Изменения траектории приводят к изменению формы поперечного сечения детали, а следовательно и изменяются показатели точности детали.

Контроль столкновений

Столкновение узлов в станке ведет, как правило, к значительным по­вреждениям, которые, с одной стороны, требуют значительных затрат па ре­монт, а, с другой стороны, приводят к значительным простоям. Имеются дан­ные о том, что столкновения составляют 75% от всех повреждений станков с ЧПУ. Изучение причин столкновений показало, что недостаточно только оп­ределить факт- столкновения, но более важно его предотвратить.

Анализ повреждений станков по причине столкновений показывает, что столкновения возникают по причине захвата не того инструмента или заго­товки, а также несоосности при ручном способе закрепления детали. Другие причины столкновений лежат в ошибках программирования и управления, которые удается всегда определить при проведении тестов, (рис. 20.25).

Система защиты от столкновений должна по возможности учитывать все источники ошибок, которые могут привести к столкновению. Имеются два принципиально разных способа: с применением датчиков и без них. Сис­темы предотвращения столкновений с датчиками работают с очень разными видами датчиков. Часто используют оптические датчики формы и камеры, сигнал от которых расшифровывается, что позволяет своевременно предотвратить столкновение. При использовании камер требуются дорогостоящие устройства переработки сигнала. Другие системы базируются на силовых датчиках, которые устанавливаются там, где возможно столкновение. Датчи­ки, основанные па акустическом эффекте, легко повреждаются стружкой и охлаждающей средой.

Системы предотвращения столкновений без использования датчиков состоят из чистого программного обеспечения. Рассматривается геометриче­ское пространство станка, где возможны столкновения. Описываются объек­ты, в пределах которых вращаются оси, перемещается инструмент и деталь.

Назначаются минимальные расстояния на границах опасных зон. В програм­ме закладываются условия, чтобы описанные объемы не имели возможность пересекаться. Естественно, это не относится к режущей кромке инструмента. Если все геометрические объемы правильно описаны и наложены связи на их движение, то технологический процесс, управляемый такой программой бу­дет соответствовать реальности, а столкновений не будет происходить. Если, как часто это бывает, производятся изменения в программе и при этом допус­каются ошибки, а также используются другие заготовки и инструменты, то все это может привести к возникновению столкновений.

На рис. 20.26 приведена информационная последовательность в систе­ме контроля столкновений. Сначала описывается геометрия рабочей области, геометрия инструмента, геометрия детали. Затем составляется численная про грамма описания объемов, в которых происходит перемещение элементов станка. Учитывается, что в процессе работы станка в компьютер подаются сигналы скорости и положения оси заготовки, команды на включение и вы­ключение механизма автоматической смены инструмента и заготовки, а так­же сигнал о переходе па прямое управление. На основе всего этого разраба­тывается общая программа, которая позволяет исключить столкновение от­дельных узлов и деталей станка.

Билет №3