Стенд для исследования процесса точения с высокими частотами вращения шпинделя

Abstract

В данной статье рассмотрены актуальные направления исследований ученых в области конструирования станков с высокоскоростными шпинделями. Основными направлениями работ являются статические, динамические, тепловые и вибрационные характеристики шпинделей. Множество исследований, направленных на изучение поведения точного, высокоскоростного оборудования, свидетельствует о том, что нельзя увеличить производительность обработки деталей резанием простым увеличением частоты вращения инструмента или детали. Возникают новые явления, не проявившееся ранее при невысоких скоростях вращения, требующие к себе особого внимания. Поскольку в процессе обработки участвует не только шпиндельный узел, но и все узлы станка, нужны более широкие исследования всей технологической системы. Для более детального изучения процесса точения с высокими частотами вращения детали разработан и изготовлен авторами стенд. Исследованы параметры точности, жесткости, собственных частот колебаний. На основании этого выполнен анализ характеристик стенда. Это дает возможность непосредственно измерять все интересующие параметры процесса с помощью установленных измерительных систем.

У цій статті розглянуті актуальні напрямки досліджень учених у галузі конструювання верстатів із високошвидкісними шпинделями. Основними напрямками робіт є статичні, динамічні, теплові та вібраційні характеристики шпинделів. Багато досліджень, спрямованих на вивчення поведінки точного, високошвидкісного обладнання свідчать про те, що не можна збільшити продуктивність обробки деталей різанням простим збільшенням частоти обертання інструмента або деталі. Виникають нові явища, які не виявлялися раніше при невисоких швидкостях обертання, що потребують особливої уваги. Оскільки в процесі обробки бере участь не лише шпиндельний вузол, а й усі елементи верстата, потрібні більш широкі дослідження всієї технологічної системи. Для більш детального вивчення процесу точіння з високими частотами обертання деталі розроблений і виготовлений авторами стенд. Досліджено параметри точності, жорсткості, власних частот коливань. На підставі цього виконано аналіз характеристик стенда. Це дає можливість безпосередньо вимірювати всі параметри процесу обробки, що цікавлять, за допомогою встановлених вимірювальних систем.

This article deals with the current trends of research in design of machine with high-speed spindles. The main areas of the work are static, dynamic, thermal and vibration characteristics of the spindles. A lot of researches aimed at understanding the behavior of accurate, high-speed equipment testify that it is impossible to increase productivity of machining by increasing the tool or workpiece rotation speed. There are some phenomena that aren’t present at low speeds and require special attention at high spindle speed. Since the machining involves as spindle and the machine as well as all other elements machine tools more extensive research have to be performed throughout the machining system. For a more detailed study of turning operation at high speed of spindle the authors developed and manufactured the special designed machine tools. Accuracy, stiffness, eigenfrequencies and eigenform of the machine tool were measured and represented in this article. The machine tool makes possible direct measurement of all the parameters of interest using the established measuring systems.