Устройство диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка

Полезная модель относится к металлообрабатывающей промышленности, и может быть использована, например, для диагностирования и наладки фрезерных станков при изготовлении высокоточных деталей. В заявленном устройстве в процессе фрезерования заготовки ось фрезы, совпадающая с осью шпинделя 1, перемещается в пространстве по осям X, Y, Z (фиг.1 и 2). Смещение шпинделя 1 под нагрузкой в горизонтальной плоскости измеряется двумя бесконтактными датчиками 2 и 3 перемещения и измерительного кольца 5, а смещение шпинделя 1 в вертикальной плоскости - бесконтактным датчиком 4 или снимая информацию от торца шпинделя 1, или, посредством, например, подпятника 6. Сигналы от датчиков 2, 3 и 4 обрабатываются средством 7 сбора и обработки информации, например, платой L-765, по специальному программному обеспечению, например, с расчетом, построением и анализом экспериментального геометрического образа (или модели) обрабатываемой поверхности заготовки, что фиксируется и отображается на средстве 8 визуализации, например, компьютере. Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в выявлении и фиксировании причин образования погрешностей при изготовлении продукции на фрезерном станке. Фиг.1

Полезная модель относится к металлообрабатывающей промышленности, и может быть использована, например, для диагностирования и наладки фрезерных станков при изготовлении высокоточных деталей. Наиболее близким к заявленному техническому решению является известное из уровня техники устройство контроля точности изготовления деталей на фрезерных станках, содержащее отсчетчик угла поворота шпинделя, два датчика перемещения, расположенные под углом 90° друг к другу и три датчика перемещения, предназначенные для измерения отклонения от прямолинейности при перемещении стола, салазок и консоли (Патент РФ 218666, В23С 1/06, 1999 г.).

К недостаткам известного технического решения следует отнести невозможность выявления конкретных причин образования погрешностей при изготовлении продукции, что ведет к невозможности высокоточной наладки фрезерного станка, что в конечном итоге ведет к получению брака.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в выявлении и фиксировании причин образования погрешностей при изготовлении продукции на фрезерном станке.

Поставленная задача решается посредством того, что в заявленном устройстве, содержащем средства съема информации, выполненные в виде: измерительного кольца, установленного в горизонтальной плоскости с возможностью совместного вращения со шпинделем шпиндельного узла; двух бесконтактных датчиков перемещения, установленных в горизонтальной плоскости в зоне измерительного кольца ортогонально друг другу, функционально обеспечивающие при возникновении нагрузки на шпиндель возможность дистанционного съема информации относительно смещения последнего в горизонтальной плоскости, а также средства сбора и обработки информации и визуализации, согласно полезной модели, устройство снабжено дополнительным средством съема информации в виде бесконтактного датчика перемещения, установленного в зоне торца шпинделя, функционально обеспечивающего возможность дистанционного съема информации относительно смещения последнего в вертикальной плоскости шпинделя.

Поставленная задача решается также и посредством того, что средство съема информации смещения шпинделя в вертикальной плоскости выполнено с элементом передачи информации в виде подпятника, установленного на торце шпинделя.

Заявленное устройство поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 схематично изображено устройство диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка;

- на фиг.2 изображено сечение А-А устройства.;

Заявленное устройство содержит следующие конструкционные элементы. Шпиндельный узел со шпинделем 1 (фиг.1) средства съема информации в виде трех бесконтактных датчиков: датчика 2 перемещения, датчика 3 перемещения и датчика 4 перемещения, при этом датчик 2 перемещения и датчик 3 перемещения обеспечивают измерение смещения оси шпинделя по горизонтальным_осям Х_и Y, соответственно, и расположены в горизонтальной плоскости в нижней части шпинделя (в зоне измерительного кольца) ортогонально относительно друг друга (фиг.2). Датчик 4 перемещения, обеспечивающий измерение смещения оси шпинделя по вертикальной оси Z, установлен в вертикальной плоскости в торцевой зоне шпинделя. На шпинделе в его нижней части в горизонтальной плоскости установлено измерительное кольцо 5 с возможностью совместного вращения с последним.

На торце шпинделя в целях повышения технологичности может быть установлен подпятник 6,

Все датчики 2, 3 и 4 перемещения соединены со средствами 7 сбора и обработки информации и визуализации и средством 8 визуализации.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В заявленном устройстве в процессе фрезерования заготовки ось фрезы, совпадающая с осью шпинделя 1, перемещается в пространстве по осям X, Y, Z (фиг.1 и 2). Смещение шпинделя 1 под нагрузкой в горизонтальной плоскости измеряется двумя бесконтактными датчиками 2 и 3 перемещения и измерительного кольца 5, а смещение шпинделя 1 в вертикальной плоскости - бесконтактным датчиком 4 или снимая информацию от торца шпинделя 1, или, посредством, например, подпятника 6. Сигналы от датчиков 2, 3 и 4 обрабатываются средством 7 сбора и обработки информации, например, L-765, по специальному программному обеспечению, например, с расчетом, построением и анализом экспериментального геометрического образа (или модели) обрабатываемой поверхности заготовки, фиксируется отображается на средстве 8 визуализации, например, компьютере.

Второй теоретический эталон строится из предположения, что ось фрезы/шпинделя перемещается по окружности, радиус которой рассчитывается для нормирующего натяга в опорах шпинделя.

Третий теоретический эталон строится из предположения, что ось фрезы/шпинделя перемещается по окружности и совершает синусоидальные колебания с частотой соответствующей частоте собственных колебаний шпинделя.

Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических данных проводился при условии, что глубина резания для экспериментально-геометрической модели и для теоретических эталонов - одинакова.

На основе сравнения экспериментально-геометрической модели и первого теоретического эталона удается диагностировать смещение оси фрезы в результате упругой деформации упругой системы и теплового смещения оси шпинделя, что фиксируется компьютером и является конкретным диагностическим признаком.

На основе сравнения экспериментально-геометрической модели и второго теоретического эталона удается оценить смешение оси фрезы в результате отклонения траектории оси фрезы от окружности, а это значит, что можно диагностировать искажения формы дорожек тел качения подшипников качения шпинделя, а также несоблюдение регламентированного натяга в опорах шпинделя, которые фиксируются компьютером, что является причиной и конкретным диагностическим признаком заявленного устройства.

При сравнении экспериментально-геометрической модели и третьего теоретического эталона диагностируется наличие дефектов в кольцах и телах качения подшипников, качения шпинделя и использование неблагоприятных режимов обработки, которые приводят к возникновению вибраций, которые фиксируются компьютером.

По результатам сравнительного анализа выявляются отклонения формы поверхности, в частности, параметры волнистости и шероховатости.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения заявленного, сверхсуммарного технического результата, а именно: для выявления и фиксирования причин образования погрешностей при изготовлении продукции на фрезерном станке, что способствует, в последующем, к высокоточной наладке фрезерного станка и снижению брака.

Свойства, регламентированные в заявленном техническом решении отдельными признаками общеизвестны из уровня техники, и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка и может быть реализован в металлообрабатывающей промышленности, например, при изготовлении высокоточных изделий;

- для заявленного устройства в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект: устройство диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка, соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Устройство диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка, содержащее средства съема информации, выполненные в виде измерительного кольца, установленного в горизонтальной плоскости с возможностью совместного вращения со шпинделем шпиндельного узла, двух бесконтактных датчиков перемещения, установленных в горизонтальной плоскости в зоне измерительного кольца ортогонально друг другу, функционально обеспечивающие при возникновении нагрузки на шпиндель возможность дистанционного съема информации относительно смещения последнего в горизонтальной плоскости, а также средства сбора и обработки информации и визуализации, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным средством съема информации в виде бесконтактного датчика перемещения, установленного в зоне торца шпинделя, функционально обеспечивающего возможность дистанционного съема информации при смещении последнего в вертикальной плоскости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство съема информации смещения шпинделя в вертикальной плоскости снабжено элементом передачи информации в виде подпятника, установленного на торце шпинделя.