bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

ществ такой обработки. К важнейшим узлам и устройствам, обеспечивающим высокоскоростную обработку, относятся: шпиндельный узел, привод подач, системы закрепления и смены инструмента и заготовки, удаления стружки, устройства контроля состояния инструмента и станка. Среди важнейших особенностей станков выделим следующие.

•Разработка узлов и механизмов станка, обеспечивающих высокие скорости рабочих движений. В первую очередь это относится к шпиндельным узлам и при-

водам подачи. Требуемый параметр быстроходности шпиндельных узлов составляет nd ≈ (2…3) . 106 мм/мин, где d — диаметр передней опоры шпинделя, мм; n — частота вращения, мин–1. При диаметре d шпинделя 100 мм n = 20 000… 30 000 мин–1. Такой уровень быстроходности в настоящее время наиболее часто реализуется при применении гибридных радиально-упорных шарикоподшипников (со стальными кольцами и керамическими шариками) и новых масловоздушных методов смазывания. При использовании мотор-шпинделей требования

кбыстроходности шпиндельных узлов реализуются наилучшим образом. Вместе с тем у мотор-шпинделей первая собственная частота шпинделя менее удалена от максимальной частоты вращения, чем у обычных шпинделей, поэтому при разработке необходим анализ амплитудно-частотной характеристики шпинделя. Высокие скорости резания и небольшие глубины резания требуют высокой точности вращения шпинделей. Обеспечение высоких скоростей рабочих (25… 50 м/мин) и ускоренных (80…160 м/мин) подач наиболее просто реализуется при использовании линейных приводов, которые все чаще применяются в таких станках.

•Повышение динамических характеристик станков и уменьшение тепловых деформаций приводят к тому, что многие узлы и механизмы могут стать мощными генераторами вибраций и теплового излучения. Так, в шпиндельных узлах 30…40% мощности привода превращается в теплоту. Кроме того, при пуске и остановке механизмы подач могут испытывать значительные ускорения. Массу всех движущихся частей необходимо уменьшить при повышении их жесткости (выполняя их из керамики, углепластика и т.п.). Наоборот, масса неподвижных узлов (станин, оснований) служит демпфером и может быть увеличена (полимербетон, гранит).

•Повышение уровня гарантируемой работоспособности станка, в том числе:

—создание надежных средств контроля состояния режущего инструмента и качества обработки с включением их в систему ЧПУ. Поломка инструмента требует быстрой остановки главного привода, однако время реакции на поломку может достигать несколько миллисекунд. Поэтому часто следят за тенденциями изменений процесса резания посредством контроля за отклонениями от заданных параметров;

— мониторинг шпиндельных узлов, который проводится по семи основным критериям, оцениваемым по различным признакам (табл. 22.1) Наиболее часто осуществляется мониторинг смещений и вибраций шпинделя, а также действующих на него усилий. Для контроля и прогнозирования характера и величины вибрации в процессе обработки созданы специальные программы, учитывающие состояние шпиндельного узла и инструмента, материал заготовки, жесткость ее закрепления, скорость резания, скорость подачи и др.;

Примечание. «+» — мониторинг проводится всегда; «(+)» — проводится в некоторых случаях; « — » — не проводится.

—высокая интенсивность обработки требует длительного сохранения точности основных узлов и постоянного контроля за степенью их износа, в частности

направляющих.

• Оснащение станков автоматизированными устройствами для смены инструмента (сокращение вспомогательного времени) и системами для автоматического отвода стружки. В авиационной промышленности, например, существует тенденция использования цельных длинномерных конструкций взамен сборных. Это требует удаления большого объема стружки, который зависит от способа получения заготовки и может значительно превышать массу готовой де-

тали. При высокоскоростной обработке цветных металлов и сплавов удельная производительность съема металла может достигать 90 см3/мин и более. Для повышения эффективности удаления стружки она смывается остронаправлен-

ной струей СОЖ под высоким давлением.

• Повышение требований к технике безопасности, исключение травматизма обслуживающего персонала и повреждения станка летящей стружкой, осколками режущего инструмента и др. Станки, как правило, имеют герметичное кабинетное ограждение, полностью закрывающее зону обработки. Кабины выполняют из металлического листа толщиной 3…5 мм. Весьма актуальны вопросы балансировки вращающихся деталей, в которых смещение центра тяжести до-

пускается в пределах 1…3 мкм.

• Использование другого механизма зажима вращающегося инструмента. Широко используемый механизм зажима с конусом 7 : 24 имеет следующие недостатки при высоких частотах вращения:

—от центробежных сил тело шпинделя деформируется, и в результате этого

происходит дополнительное осевое перемещение инструмента, так как нет базирования по торцу. Например, при конусе № 30 (n = 30 000 мин–1) шпиндель деформируется на 5 мкм;

—соединение недостаточно жесткое из-за отсутствия центрирования по

торцу.

Г Л А В А Д В А Д Ц А Т Ь Т Р Е Т Ь Я

Сертификация, испытания, исследования, эксплуатация, ремонт и модернизация оборудования

23.1. Цели и задачи испытаний оборудования

Все испытания и исследования оборудования автоматизированных производств условно можно подразделить на следующие виды: сертификационные испытания, приемосдаточные испытания серийного оборудования, испытания опытных образцов новых моделей и лабораторные испытания и исследования станков, отдельных узлов и механизмов.

Система сертификации оборудования разработана в целях реализации закона Российской Федерации «О защите прав потребителя» в области металлообрабатывающих станков. Основная цель приемосдаточных испытаний — проверка качества изготовления, сборки и регулирования оборудования и соответствие его нормативам и техническим условиям, действующим в отношении данного оборудования. Испытания проводятся, как правило, на заводах-изготовителях.

Испытания опытных образцов оборудования проводятся в условиях, близких к лабораторным, а результаты испытаний предъявляются приемочной комиссии.

Лабораторныеиспытанияиисследованияоборудованияиотдельныхмеханизмов проводятся с различными целями. Это может быть получение экспериментальной информации для разработки расчетных моделей, проверка каких-либо теоретических положений, поиск путей повышения технико-экономических показателей, оценка новых технических решений и многое другое.

23.2. Сертификация оборудования

Система сертификации металлообрабатывающего оборудования предоставляет возможность изготовителям и продавцам подтвердить соответствие продукции требованиям стандартов в области безопасности и экологической чистоты, а также официально подтвердить достигнутые показатели технического уровня или отдельные технические характеристики. Система предназначена для сертификации большинства типов станков.

Предусмотрены два вида сертификации: обязательная и добровольная. Обязательной сертификации подлежат (в настоящее время) малогабарит-

ные металлообрабатывающие станки с массой не более 0,3 т, с мощностью привода главного движения для однофазного переменного тока не более 1,5 кВт, для

трехфазного переменного тока — более 2 кВт. Проверяемыми параметрами при обязательной сертификации в общем случае являются:

•безопасность конструкции;

•электробезопасность;

•безопасность гидро- и пневмооборудования;

•уровень шума и вибрации;

•содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны;

•эргономические параметры.

Добровольная сертификация проводится по схеме и в объеме, выбранным заявителем и согласованным с органом по сертификации. Проверке могут подвергаться как параметры безопасности, так и функциональные параметры оборудования.

Организационную структуру системы сертификации образуют Госстандарт России, орган по сертификации металлообрабатывающих станков (ЭНИМС), испытательные центры (лаборатории) (в основном на крупных заводах-изгото- вителях) и Совет по сертификации.

Основополагающими принципами системы сертификации являются объективность оценок, достоверность и воспроизводимость результатов, конфиденциальность коммерческой и иной информации.

23.3. Приемосдаточные испытания оборудования

По существующим техническим условиям приемосдаточные испытания можно подразделить на следующие этапы.

23.3.1. Установка и выверка станков

Если станина жесткая (отношение длина/высота менее 1,5...2), то станок ставят на три точки опоры, в противном случае — на большее число точек опор. Используя клиновые башмаки, станок выверяют с помощью уровней в продольном и поперечном направлениях так, чтобы погрешность не превышала 0,02...

0,04 мм/м. Прецизионные станки ставят на отдельный виброизолированный фундамент. Отклонение температуры окружающей среды от номинала в период проверок не должно превышать:

для станков класса точности С ±0,5 оС, для станков классов точности А и В ±1 оС.

23.3.2. Предварительное опробование станков

Проверяются усилия на маховичках и рукоятках для ручного перемещения, работа всех органов управления, легкость нахождения нужного положения органа управления при его переключении, производятся все возможные переключения с одной скорости на другую. При этом в качестве оснастки используются динамометры сжатия, растяжения, динамометрические ключи.

Проводится испытание электрооборудования:

а) повышенным напряжением для проверки изоляции проводов и двигателей в течение 1 мин с испытательным напряжением 85% от наиболее низкого, при котором аппараты испытывались до монтажа, но не менее 1500 В;

б) измеряется сопротивление изоляции всех цепей (главных силовых, управления, освещения, сигнализации и т. д.) относительно корпуса станка, а также сопротивление изоляции между отдельными фазами силовых цепей;

в) проверяется нагрев электрооборудования при работе станка.

23.3.3. Испытания станков на холостом ходу

а) проверяют все частоты вращения от nmin до nmax . На максимальной частоте станок работает до установившейся температуры шпиндельных опор, характеризующей их натяг;

б) проверяют правильность функционирования электрооборудования:

•обеспечение требуемого цикла работы или правильности исполнения команд (для станков с программным управлением);

•правильность работы путевых выключателей;

•работу защитных блокировок;

•надежность действия тепловой, нулевой и максимальной защиты;

•нагрев катушек аппаратов, сопротивлений и пр.;

•отсутствие гудения магнитных систем аппаратов;

в) проверяют подачи от Smin до Smax и работоспособность всех механизмов (патрона, пиноли, механизмов быстрого перемещения, механизмов ограничения подачи и др.);

г) проверяют правильность функционирования систем смазывания:

•уровень масла в баке при работе насоса;

•отсутствие вытекания масла из подшипников и уплотненных мест, минуя слив, просачивания из системы распределения;

•правильность функционирования контрольных элементов системы смазывания и др.;

д) проверка правильности функционирования системы охлаждения, конструктивного и монтажного исполнения и расположения системы охлаждения:

•максимальное количество подаваемой жидкости в минуту;

•потребляемая мощность электродвигателя насоса при максимальном подводе охлаждающей жидкости;

•нагревание корпуса насоса при максимальном подводе жидкости в течение 1 ч и др.;

е) испытание органов ручного управления. Контролируется расположение рукояток, правильность, ясность изображения и удобочитаемость таблиц и шкал; проверяется удобство формы рукояток, маховичков.

Дальнейшие испытания описываются на примере станков токарной группы: ж) определяются время разгона и торможения шпинделя с трехкулачковым самоцентрирующимся патроном на максимальной частоте (только при испыта-

нии опытных образцов); з) испытание механизма главного привода на режимах частых пусков, остано-

вов и реверсирования на пmax: один цикл — 10 с для токарных станков с максимальным диаметром 250…320 мм;

и) измерение мощности холостого хода (определение потерь на трение). На холостом ходу последовательно включают все ступени частот вращения шпинделя и измеряют мощность, потребляемую двигателем из сети Рс (для серийных

уровни шума и уровни частотных составляющих спектра шума при работе станка на холостом ходу. На тех ступенях скоростей, при которых возникает максимальный уровень шума, измеряют также уровни частотных составляющих спектра шума, при этом микрофон располагают в точке, соответствующей положению рабочего. Более подробно об исследовании шумовых характеристик см. п. 23.5;

л) испытание на вибрации на холостом ходу станка. Определяются уровни и частотный спектр вынужденных колебаний шпинделя относительно суппорта при работе станка на холостом ходу. Датчик 1 (рис. 23.1) для измерения относительных перемещений закрепляют (в горизонтальной плоскости) в резцедержателе станка. В шпинделе закрепляют образцовую оправку 2 с радиальным биением оправки не более 3 мкм. Суппорт устанавливают так, чтобы датчик 1 измерял относительные колебания между резцедержателем и оправкой 2 на расстоянии Х от торца шпинделя, которое зависит от типоразмера станка. Сигнал от датчика через усилитель подается на вход анализатора, с помощью которого определяются величины двойных амплитуд частотных составляющих спектра относительных колебаний в диапазоне частот до 1000 Гц;

м) измерение температурных деформаций станка. Определяются изменения расположения оси шпинделя относительно резцедержателя суппорта в результате разогрева станка после вращения шпинделя на холостом ходу. На шпинделе устанавливается быстросъемная державка 1 (рис. 23.2) с двумя индикаторами.

достигнутого смещения; для станков высокой и особо высокой точности — 5% достигнутого смещения.

23.3.4. Испытание станков под нагрузкой

Испытание проводится при нагружении главного привода станка максимальным моментом. Нагружающий момент может быть обеспечен различными нагружающими устройствами (например, электромагнитным порошковым тормозом) или резанием заготовки с глубиной, обеспечивающей максимальный момент. При испытаниях контролируется мощность, потребляемая двигателем из сети Рс. Баланс мощности при работе привода под нагрузкой выглядит следующим образом:

Pc = Pд + Px. x + Pн + Рэф ,

где Pн — нагрузочные потери в приводе станка, связанные с изменением характера трения при нагружении; Рэф — мощность на выходном валу привода (на шпинделе).

По результатам измерений мощности определяют коэффициент полезного действия привода η= Pэф/Pс , который характеризует качество привода. Кратковременно осуществляется перегрузка привода — 1,25 Мmах.

23.3.5. Проверка станков на точность

При испытаниях станков на точность можно выделить четыре группы проверок:

1)проверка точности базовых поверхностей;

2)проверка взаимного расположения базовых поверхностей;

3)проверка формы траектории движения исполнительных органов станка;

4)проверка соответствия фактических перемещений исполнительного органа номиналу.

При комплексной оценке точности проверяют точность обработки на станке типовых деталей. Методики испытаний на точность ГОСТированы. Проверки осуществляются с помощью приспособлений и приборов. Более подробно о точностных проверках см. п. 23.4.

23.3.6. Испытание станков на жесткость

Испытание проводится статическим нагружением, при котором нагружающее усилие создается нагрузочными устройствами. В качестве устройств для нагружения могут быть использованы механизмы станка или специальные домкраты, а для измерения нагрузок — рабочие динамометры. Направление, величина и координаты точки приложения нагружающей силы должны примерно соответствовать реальным условиям нагружения станка в процессе резания при типичном случае его использования. Относительная деформация между инструментом и заготовкой измеряется по нормали к обрабатываемой поверхности в точке резания.

Например, при проверке жесткости токарных станков общего назначения при заданной величине нагрузки определяется величина перемещения резцедержателя относительно оправки, установленной: в шпинделе (I—I), в пиноли

Рис. 23.3. Испытание токарных станков на жесткость:

а — положение узлов и схема нагружения; б — направление и точка приложения силы в плоскостях І—І и II—II; 1 — индикатор относительных перемещений

(II—II) (рис. 23.3). Положение узлов

идеталей станка и точки приложения

инаправление действия нагружающей силы должны соответствовать рис. 23.3 и определяться величинами, указанными в табл. 23.1 и 23.2. За величину относительных перемещений резцедержателя и оправки в шпинделе (или пиноли) принимается среднеарифметическая из результатов двух

испытаний и сравнивается с нормами жесткости (см. табл. 23.1).

23.1.Положение узлов при испытании и нормы жесткости токарных станков

Примечание. Расстояние L от торца шпинделя до торца корпуса задней бабки принимается

впределах 0,75…0,85 наибольшего расстояния между центрами.

23.2.Расстояние Х от точки приложения силы до торца шпинделя (переходной втулки) или пиноли в зависимости от конусного отверстия шпинделя или пиноли

510ГЛАВА 23. СЕРТИФИКАЦИЯ, ИСПЫТАНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

23.3.7.Испытание станков на виброустойчивость

Проводится оценка границы устойчивости станка при обработке. Испытание может осуществляться при резании и при нагружении упругой системы станка вибраторами. Например, при испытании опытных образцов токарных станков при резании для каждого вида обработки определяют «предельную стружку» tпр, т.е. наибольшую глубину резания, мм, при которой процесс резания протекает устойчиво, без вибраций. По результатам испытаний строят кривые границы устойчивости в координатах «частота вращения шпинделя — tпр» для каждого вида обработки.

23.3.8. Дополнительные испытания станков с ЧПУ

Выполняются в целях оценки точности станков, оснащенных системами ЧПУ,

иполучения информации о безотказности их работы по заданной программе. Оценивается точность позиционирования и зона нечувствительности (об этом см. подробнее п. 23.4), рассеяние положения инструмента при его многократной автоматической смене, точность и чистота обработки контрольного образца, безотказность станка и системы ЧПУ.

Рассеяние положения инструмента при его многократной автоматической смене характеризуется среднеквадратическим отклонением S фактических положений контрольной оправки (рис. 23.4) от положения, принятого за началь-

ное. Единичное значение отклонения fi есть разница в показаниях индикаторов при i-й смене и при начальном положении (индекс 0) отдельно для радиального

иосевого направления, т.е. fi = p1(i) – p1(0). Во всех случаях измерение отклонений повторяется 5 раз для серийных станков и 10 раз — для опытных образцов.

Вычисляется размах отклонений:

R = fmax – fmin ,

где fmax и fmin — максимальные и минимальные единичные отклонения. Среднеквадратическое отклонение S = αR, где α — коэффициент, равный

0,43 — для серийных станков и 0,32 — для опытных.

Точность и шероховатость обработки поверхностей контрольного образца характеризуется отклонениями фактических размеров и формы профиля образца от заданных на чертеже. Образец обрабатывают в два прохода — черновой и чистовой. Режимы резания на чистовом проходе подбирают таким образом, чтобы обеспечить наивысшую точность обработки.

На токарных патронно-центровых станках проводится обработка контрольных образцов с прямолинейными и круговыми контурами (рис. 23.5). Проводится контроль угла конуса, прямолинейности образующей, отклонения от круглости поверхностей с диаметрами D1, D2 в поперечном сечении и поверхностей, образо-