Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу



Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу
Способ определения жесткости металлообрабатывающего станка с чпу

 


Владельцы патента RU 2619424:

Фецак Сергей Игоревич (RU)
Кудояров Ринат Габдулхакович (RU)
Башаров Рашит Рамилович (RU)

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано при проведении исследований и испытаний на жесткость металлообрабатывающих станков с ЧПУ. Осуществляют взаимную установку подвижного стола станка относительно оправки, закрепленной в его шпинделе, с их контактом через датчики силы, установленные по трем взаимно перпендикулярным координатным осям на столе, и шаром в точке с координатами, соответствующими действию силы резания. Создают нагрузку между столом станка и шпинделем путем их согласованного программного перемещения на заданную величину в сторону взаимного сближения с контролем их относительного перемещения, при этом измеряют силы, действующие на шар по упомянутым координатным осям, а фактические значения жесткости станка в направлении упомянутых координатных осей определяют на основании отношений измеренных сил к соответствующим деформациям станка. Использование изобретения позволяет автоматизировать процесс определения жесткости станка и повысить точность измерений за счет их проведения при напряженно-деформированном состоянии конструкции станка. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для измерения жесткости в процессе проверки технического состояния станка с ЧПУ. Это необходимо для обеспечения эффективной эксплуатации и совершенствования конструкции оборудования, применяемого в машиностроительном производстве.

Известен способ по патенту №2058875 «Способ определения жесткости узла станка, включающий измерение величины упругого перемещения узла станка под действием приложенного силового воздействия и определение жесткости по соотношению величины силового воздействия и измеренного перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения жесткости, силовое воздействие к узлу станка прикладывают в радиальном по отношению к детали направлении при плавном увеличении усилия от нулевого до максимального значения и при плавном уменьшении до нулевого значения, после чего к узлу станка прикладывают дополнительное силовое воздействие перпендикулярно направлению перемещения узла станка при плавном увеличении радиального усилия от нулевого до максимального значения и при плавном уменьшении до нулевого значения, а жесткость определяют с использованием измеренных значений перемещений узла станка под действием соответствующих величин силовых воздействий и соответствующих значений силы трения».

В данном способе предусмотрено определение жесткости станка с учетом оказываемых силовых воздействий и сил трения при последовательном нагружении узла станка в радиальном направлении по отношению к детали и в перпендикулярном направлению перемещения узла станка. При этом измерение жесткости узла станка осуществляется в условиях, не соответствующих реальной обработке детали, что отражается на точности измерения.

Известно многоосевое шарнирное устройство по патенту US 20130111981 А1 (основной прототип), предназначенное для осуществления метода определения статической жесткости, содержащее заготовку для восприятия усилия, компонент передачи нагрузки со стальным шаром и с крышкой, изогнутую плиту, датчик силы и соединительные элементы со шпинделем станка. При этом компонент нагрузки передает моделируемую нагрузку в соответствующую точку поверхности заготовки за счет точно задаваемых перемещений осей станка, жесткость под действием моделируемой нагрузки в заданной точке может быть получена из значений смещений, зафиксированных датчиками перемещений, и значения моделируемой нагрузки, зафиксированной датчиком силы.

Данное устройство (способ) контроля жесткости предусматривает имитацию нагрузки детали, соответствующую реальному процессу обработки. Недостатком являются ограниченные возможности контроля жесткости, обусловленные необходимостью в проверяемом станке 6 координатных осей, три из которых являются поворотными и используются для установки необходимого положения компонента передачи нагрузки относительно детали, что является препятствием для измерения жесткости станков, не имеющих поворотных координатных осей. Также к недостаткам относится необходимость применения сложного датчика силы, реагирующего на одновременные перемещения шарнирного устройства вдоль координатных осей. Применение сложного устройства передачи нагрузки и датчика силы снижает точность измерения жесткости станка с ЧПУ, а в указанных случаях делает измерение жесткости невозможным.

Задачей изобретения является разработка точного способа измерения жесткости станка на основе использования его приводов и системы ЧПУ для нагружения и измерения относительного перемещения исполнительных органов с использованием универсального, простого и жесткого устройства.

Поставленная задача достигается тем, что на станке с помощью шаровой оправки и шара, связанного с исполнительными органами, осуществляющими координатные перемещения, через датчики силы в точке контакта шаровой оправки и шара имитируется создание результирующей силы резания. Предварительно два или большее количество исполнительных органов станка с ЧПУ устанавливаются с касанием относительно друг друга через шаровую оправку, шар, датчики силы и упоры, после чего исполнительным органам станка по программе сообщаются перемещения на определенные величины в необходимых направлениях. Перемещения исполнительных органов, соответствующие разнице перемещений, заданных по программе, и деформаций, установленных между исполнительными органами промежуточных элементов, включая датчики, обуславливают величину и направление результирующей силы. Жесткость станка определяется как отношение результирующей силы к деформации несущей системы в направлении ее действия.

Для определения жесткости станка с ЧПУ с использованием нескольких координат учитываются связи координатных сил (Fx, Fy, Fz,) с результирующей силой Fr (фиг. 1).

Результирующая сила определяется по формуле

при этом Fx=Fr⋅cosβ⋅cosα, Fy=Fr⋅cosβ⋅sinα, Fz=Fr⋅sinβ, углы, определяющие расположение результирующей силы

Жесткость несущей системы станка в направлении координатных осей X, Y, Z

где асх, acy, acz - деформация несущей системы станка по координатам. Жесткость в направлении результирующей силы

Для уточнения величины и направления результирующей силы и жесткости станка в определенном направлении с учетом действия сил трения в приводах подач имитируется взаимодействие частей станка (фиг. 2, 3), аналогичное процессу обработки, в виде замкнутой силовой связи между подвижными исполнительными органами, например, в случае трехкоординатной обработки (фиг. 3), - шпиндельной головкой 1, столом 10, поперечными салазками 13 и остальной несущей системой станка через промежуточные детали - шаровую оправку 3, общий шар 5, жесткие упоры 7, 9, 12 и датчики силы 6, 8, 11, таким образом, чтобы направление результирующей силы в точке касания Б совпадало с расчетным направлением этой силы при обработке детали.

После этого по программе осуществляются согласованные перемещения исполнительных органов, соответствующие деформациям несущей системы, включая промежуточные детали, - при расчетных значениях координатных сил. С помощью датчиков определяются значения фактических координатных сил, по формулам (1), (2), (3), (4) уточняются результирующая сила и ее направление, значения жесткости станка в направлении координат и действия результирующей силы.

Данный способ позволяет определить жесткость станка в различных точках рабочего пространства и в направлениях, соответствующих направлениям силы резания с учетом сил трения в приводах станка. Применение предлагаемого способа устраняет необходимость использования сложных нагружающих приспособлений и измерительных устройств перемещений, что повышает точность измерения жесткости станка и снижает трудоемкость ее определения.

Последовательность осуществления способа при определении жесткости станка с ЧПУ.

В случае измерения жесткости станка применительно к обработке сложной поверхности детали предварительно должно осуществляться измерение жесткости в направлении каждой координатной оси.

Последовательность в случае использования координаты X поступательного перемещения:

- закрепление упора 5 (фиг. 2) на столе 6;

- установка датчика 4 на упоре 5;

- закрепление шаровой оправки 3 в шпинделе 2;

- установка подвижных частей станка: шпиндельной головки 1 в вертикальном направлении; стола 6 в продольном и поперечных салазок 7 в поперечном направлениях для обеспечения необходимых координат расположения точки касания А;

- перемещение стола в продольном направлении до касания между собой оправки 3, датчика силы 4 и упора 5;

- перемещение стола в продольном направлении по программе на расстояние cxi (i - вариант испытания, отличающийся величиной перемещения);

- регистрация силы Fxi с помощью датчика 4;

- измерение деформации a1xi оправки 3, закрепленной в шпинделе, при ее нагружении в продольном направлении силой Fxi;

- определение деформации датчика a2xi в продольном направлении с помощью его характеристики по величине силы Fxi;

- определение деформации несущей системы в продольном направлении acxi=cxi-a1xi-a2xi;

- определение жесткости несущей системы в продольном направлении (по координатной оси X) jxi=Fxi/acxi.

Аналогично определяется жесткость в направлении других координат.

Последовательность в случае использования 3-х координат поступательных перемещений:

- определение для варианта обработки конкретной детали координат расположения вектора действия силы резания - координат точки касания Б, расчетных значений координатных составляющих сил Fxi, Fyi, Fzi и направления вектора силы резания Frii, βi);

- закрепление упоров 7, 9, 12 на столе 10 и датчиков 6, 8, 11 на этих упорах (фиг. 3);

- установка шара 5 на пружинной подвеске;

- установка подвижных частей станка: шпиндельной головки 1; стола 10 и поперечных салазок 13 для обеспечения необходимых координат точки касания Б, соответствующих расчетному расположению результирующей силы;

- перемещение исполнительных органов по программе на расстояния cxi, cyi, czi соответственно расчетным значениям сил Fxi, Fyi, Fzi;

- регистрация с помощью датчиков значений фактических сил F'xi, F'yi, F'zi;

- определение величины и направления фактической результирующей силы резания F'ri, α'i, β'i аналогично определению Fr, αi, β (1), (2);

- определение фактических значений жесткости в направлении действия координатных сил и результирующей силы j'xi, j'yi, j'zi, j'ri, аналогично определению jx, jy, jz, jcr, (3), (4).

Способ определения жесткости металлорежущего станка с ЧПУ, включающий взаимную установку подвижных частей станка относительно оправки, закрепленной в его шпинделе, с их контактом через по меньшей мере один датчик силы и жесткий упор в точке с координатами, соответствующими действию силы резания, создание нагрузки между подвижными частями и шпинделем станка путем их согласованного программного перемещения на заданные величины в сторону взаимного сближения с контролем их относительного перемещения и определение жесткости станка с использованием деформации станка, определяемой в виде разницы между программным перемещением частей станка и деформациями упомянутых оправки, датчика силы и упора, отличающийся тем, что используют датчики силы, установленные по трем взаимно перпендикулярным координатным осям на столе станка, и шар, размещенный с возможностью одновременного контакта с шаровой оправкой шпинделя и с упомянутыми датчиками силы, при этом измеряют силы, действующие на шар по упомянутым координатным осям, а фактические значения жесткости в направлении упомянутых осей определяют на основании отношений измеренных сил к соответствующим деформациям станка, причем жесткость в направлении результирующей силы определяют на основании полученных значений жесткости в направлении упомянутых координатных осей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлообработки на станках с ЧПУ и может быть использовано для контроля износа зубьев фрез в радиальном и осевом направлениях. Способ включает установку на станке калиброванного щупа, имеющего две плоские поверхности, перпендикулярные направлению измерения износа и на каждой из которых выполнены выступы с кромкой, параллельной соответствующей плоской поверхности калиброванного щупа.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности, сборным многолезвийным инструментом. С момента начала обработки непрерывно измеряют значение термоЭДС каждой режущей кромки и производят непрерывное сравнение текущих значений термоЭДС каждой режущей кромки с установленным предельным значением термоЭДС.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства.

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в автоматизированных системах технологического оборудования и в измерительной технике. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области обработки металлов резанием, к контролю износа и остаточной стойкости режущего инструмента, и может применяться в системах ЧПУ станка.

Изобретение относится к области обработки материалов резанием и может быть использовано для измерения составляющих силы резания. .

Изобретение относится к области обработки материалов резанием, обработке на станках с ЧПУ и автоматических линиях. .

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, определению допустимой скорости резания при работе на станках с ЧПУ. .

Изобретение относится к области обработки материалов на станках-автоматах и автоматических линиях. .

Изобретение относится к обработке металлов и токопроводящих материалов резанием, обработке изделий по методу автоматического получения размеров на универсальных ручных станках, станках полуавтоматах и автоматах, станках с ЧПУ резцами, оснащенными сменными многогранными пластинами без отверстия.

Способ включает установку заготовки во вращающихся центрах. Предварительно устанавливают положение оси, по которой осуществляют базирование заготовки, путем обмера поперечных сечений заготовки с определением координат точек контура сечения, по которым определяют положение центров тяжести её поперечных сечений с последующим усреднением методом наименьших квадратов.

Способ заключается в том, что заготовку устанавливают на поддерживающие ролики люнетов и зажимают ее поддерживающими роликами, совмещая ось вращения заготовки с осью центров станка.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения твердости обрабатываемого материала при разных режимах резания в конкретных условиях обработки на выбранном технологическом оборудовании для оценки правильности выбора режимов резания или их коррекции в процессе обработки.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для уменьшения эксцентричности внутренней поверхности (7) полой детали (1), в частности полого вала, относительно ее наружной поверхности (9).

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при автоматизированной механической обработке изделий со сложным пространственным профилем и высокими требованиями по качеству и точности обрабатываемой поверхности, формируемой посредством обработки точением на токарных станках нанометрической точности с ЧПУ.

Изобретение относится к оснастке токарных станков и применяется для подготовки станка к работе. Приспособление содержит пластину для размещения резца и установочный элемент, который прикреплен к упомянутой пластине посредством болта и выполнен в виде вертикально установленной на упомянутой пластине втулки с размещенным на ней сверху установочным диском, при этом высота размещения нижней плоскости установочного диска от верхней плоскости упомянутой пластины соответствует расстоянию от резцовых площадок резцедержателя до линии центров токарного станка.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для определения профиля винтовой фасонной поверхности детали по известному профилю инструмента.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при измерении температур в зоне резания. По сигналам датчиков тока и напряжения определяют мощность главного электропривода станка, расходуемую на процесс резания.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для прогнозирования параметров качества обрабатываемой поверхности. Способ включает формирование полигармонического возбуждающего воздействия на входе металлообрабатывающего станка путем взаимодействия инструмента станка в виде шлифовального круга или дисковой фрезы с поверхностью заготовки в виде пластины с пазами прямоугольного профиля в процессе ее обработки с заданными параметрами.

Изобретение относится к области диагностики физико-механических свойств древесины на корню. Технический результат - повышение точности и оперативности в экспресс-диагностике резонансных свойств древесины.

Изобретение относится к области обработки резанием и может быть использовано для испытания зенкеров и исследования обрабатываемости конструкционных материалов зенкерованием. Сущность: зенкер вводят в контакт с обрабатываемой деталью и производят ее обработку, причем деталь и зенкер располагают таким образом, что в каждом интервале времени обработки в контакте с деталью находится только одна режущая кромка, и осуществляют контроль ее состояния. В качестве детали используют пруток цилиндрической формы и обработку выполняют точением ее цилиндрической поверхности. Технической результат: увеличение долговечности работы зенкера. 1 ил.
Наверх