CC BY
9Решетневскуе чтения. 2017
УДК 621.9.06:534.1
ЖЕСТКОСТЬ КАРТРИДЖ-ШПИНДЕЛЯ ЗАТОЧНОГО СТАНКА
К. Ю. Филиппов, Е. В. Раменская
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: lena@kraslan.ru
Повышение точности и эффективности оборудования заготовительного производства непосредственно влияет на качество изготовления изделий ракетно-космической техники. Рассмотрена технология разработки картридж-шпинделя для заточки пил с внутренней режущей кромкой.
Ключевые слова: шпиндель, станок, технология, картридж, балансировка.
THE RIGIDITY OF THE GRINDING MACHINE CARTRIDGE SPINDLE K. Y. Filippov, E. V. Ramenskay
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: lena@kraslan.ru
Increasing the accuracy and efficiency of procurement equipment affects the quality of aerospace products manufacturing. The technology of developing a cartridge-spindle for sharpening saws with an internal cutting edge is considered.
Keywords: spindle, machine tool, technology, cartridge, balancing.
Развитие современного производства изделий РКТ продолжается по направлению роста прецизионности, обеспечивая повышение конкурентоспособности изделий по параметрам точности. Точность работы и производительность станка для мерной резки проката зависит от его жесткости. По этой причине проводят испытания, позволяющие выявить дефекты на стадии изготовления и сборки станков [1]. В соответствии с действующим регламентом жесткость рабочих машин и шпинделей определяют при статической нагрузке, прилагаемой к элементам, несущим инструмент и заготовку, вызывающей упругие отжатия. Жесткость шпинделей зависит от конструктивных элементов и их размеров, а также от качества сборки подвижных и неподвижных стыков. Проверка точности шпинделя проводится на специальном стенде, обеспечивающим базирование, крепление, наладочные перемещения.
Проверку радиального биения шпинделя выполняют с установкой измерительной стойки с индикатором часового типа, при этом измерительный наконечник касается середины образующей конуса шпинделя и перпендикулярен поверхности конуса. Шпиндель поворачивают вручную, биение определяют как алгебраическую разность показаний индикатора. Аналогично проверяют осевое и торцевое биения.
Проверка жесткости картридж-шпинделя выполняют в соответствии сдействующими нормативами. Статистическую жесткость шпинделя определяем по уравнению [2]
] = Р/у, (1)
где Р - сила нагружения, Н; у - величина относительных перемещений.
Учитывая методику экспериментального измерения и определения радиальной жесткости заточного станка [2], при силе нагружения 98 Н среднее значение перемещения при трех измерениях составило 0,26 мм; при 195 Н соответственно 0,59 мм; при 294 Н -0,89 мм. В результате получено среднее значение жесткости шпинделя ] = 337,4 Н/мм. Значения жесткости позволяет анализировать собственные частоты жестких роторов и моды гибких.
Многочисленные исследования во ВНИИ и ВНИ-ИДМАШе жесткости станков и шпинделей для заточки дисковых пил при разработке проекта стандарта позволили получить значения допустимого радиального отжатия шпинделя при нагрузке 80 Н для нормального класса точности станка Н - 3 мкм; для повышенного П - 2 мкм; для высокого В - 1 мкм; а осевое отжатие для класса точности станка Н - 4 мкм, П - 3 мкм, В - 2 мкм.
Одна из функций, определения радиальной жесткости шпинделя, имеет вид [2]
]г= С-ц / [а3(3,53£+2,94)/йГ4 + (к2+2£+2) / к2], (2)
где а - длина консоли у режущего инструмента, мм; С = 1,038-104 - коэффициент трибо энергетических связей в материалах; ц - коэффициент динамичности; d - диаметр цапфы шпинделя; Ь - расстояние между опорами; к = Ь/а - параметр линейного отношения шпинделя,
Расчетом по функции (2) для проектной конструкции картридж-шпинделя (см. рисунок) при значениях: а = 6,5 мм; Ь = 32 мм; d = 15 мм получена радиальная жесткость шпинделя ]г = 6528,4 Н/мм. Такое значение жесткости косвенно подтверждает правильность вы-
Технология и мехатроника в машиностроении
бора конструкции для экспериментального изготовления лабораторного образца шпинделя заточного станка.
¿1515/кб
\ ыа
1-1— V \
> -
X X
Эскиз картридж-шпинделя
По действующему стандарту [3] радиальное биение шпинделя шлифовальной головки для классов точности: Н - 11 мкм, П - 7 мкм, В - 5 мкм; осевое биение Н - 8 мкм; П - 5 мкм; В -4 мкм; радиальная жесткость станка определена при нагрузке 245 Н и нормированным отжатиям для классов точности станков: Н - 1,1 мм; П - 0,52 мм; В - 0,33 мм., которые являются сдаточными величинами при аттестации.
Оценка качества заточки производится при контрольных испытаниях после 5 проходов в чистовом режиме как для стальных, так и твердосплавных пил. Ряд фирм в анализе конструкции шпинделей для сертификации используют кинетостатический параметр ёЫ в пределах от 20-103 до 200-103 мм/мин.
Интерес к работам заготовительного передела вызван ещё и тем, что в технологии резки стального проката существенно изменилась методика определения сил и мощности резания, что подтверждается работами зарубежных исследователей [4] и кафедры «Технология машиностроения». Отдельные рекомендации по управлению жесткостью шпинделей и заточных станков, а также станков общего назначения, частично рассмотрены в работах [5] и [6] при обработке анизотропных не металлических и металлических материалов.
По результату работы можно утверждать:
1. Разработана конструкция картридж-шпинделя для заточки пил с внутренней режущей кромкой с диаметром более 160 мм, а также для пил с внешними режущими зубьями с диаметром более 200 мм.
2. Радиальная жесткость шпинделя аналитическая не менее 4 Н/мкм, что позволяет точить пилы с твердосплавными зубьями.
3. Кинетостатический параметр конструкции шпинделя ёЫ от 25-103до 110-103 мм/мин для опор 2, 4 и 5 класса точности.
4. Качество остаточного дисбаланса картридж-шпинделя должно находиться в пределах от в1,4 до в1,9 г-мм/кг.
5. Конструкция шпинделя имеет повышенный до 20 % коэффициент демпфирования по эффекту сухого трения и управляемой вязкости в материале контактных пар.
Библиографические ссылки
1. Филиппов К. Ю., Янковская Н. Ф., Раменская Е. В. Ортогональная устойчивость дисковых пил // Решет-невские чтения : материалы XX Юбилейной между-нар. науч. конф. (9-12 ноября 2016, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 581-583.
2. Конструкции, настройка и эксплуатация оборудования для подготовки и заточки дереворежущего инструмента / Д. С. Рожков, Э. Ф. Харитонович, А. Ф. Алютин и др. М. : Лесн. пром-сть, 1978. 248 с.
3. ГОСТ 20404-88. Станки для заточки круглых пил. Нормы точности и жесткости. Введ. 1989-07-01. М. : Стандарты, 1989. 10 с.
4. Лэ Д. Механика формообразования стружки при ортогональном резании // Теоретические основы инженерных расчетов. Труды американского общества инженеров-механиков, ASME. 1984. Т. 106, № 1. С. 10-17.
5. Раменская Е. В., Филиппов Ю. А. Механизм генерирования и распространения вибрации в технологических машинах // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 1(41). С. 132-138.
6. Анализ технического регламента на дисковые пилы для раскроя анизотропных материалов / И. Н. Спи-цын, К. Ю. Филиппов, А. А. Воробьев и др. // Решет-невские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 ноября 2013, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 296-297.
References
1. Filippov K. Ju., Jankovskaja N. F., Ramenskaja E. V. Ortogonal'najaustojchivost' diskovyhpil // Reshetnevskie chtenija : materialy XX Jubilejnoj mezhdunar. nauch. konf. : v 2 ch. / Sib. state. aerocosmic. university. Krasnoyarsk, 2016. Р. 581-583. (In Russ.)
2. Konstrukcii, nastrojka i jekspluatacija oborudovanija dlja podgotovki i zatochki derevorezhush-hego instrumenta / D. S. Rozhkov, Je. F. Haritonovich, A. F. Aljutinidr. M. : Lesn. prom-st' Publ, 1978. 248 р.
3. GOST 20404-88. Stanki dlja zatochki kruglyh pil. Normy tochnosti i zhestkosti. Vved. 1989-07-01. M. : Standarty Publ., 10 р.
4. Lje D. Mehanika formoobrazovanija struzhki pri ortogonal'nom rezanii // Teoreticheskie osnovy inzhener-nyh raschetov. Trudy amerikanskogo obshhestva inzhene-rov-mehanikov, ASME. 1984. Vol. 106, № 1. Р. 10-17.
5. Ramenskaja E. V., Filippov Ju. A. Mehanizm generirovanija i rasprostranenija vibracii v tehnologi-cheskih mashinah // Vestnik SibSAU. 2012. № 1 (41). Р. 132-138. (In Russ.)
6. Analiz tehnicheskogo reglamenta na diskovye pily dlja raskroja anizotropnyh materialov / I. N. Spicyn, K. Ju. Filippov, A. A. Vorob'ev, A. N. Junosov // Reshetnevskie chtenija : materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. : v 2 ch. Sib. state. aerocosmic. university, Krasnoyarsk, 2013. Р. 296-297. (In Russ.)
© Филиппов К. Ю., Раменская Е. В., 2017
