Технологическое оборудование машиностроительных произ­водств

ИСПЫТАНИЯ СТАНКОВ

Основным видом испытаний серийных и новых станков являются приемочные испытания, включающие: 1) испытание станка на холо­стом ходу, проверку работы узлов и механизмов и проверку паспортных данных; 2) испытание станка в работе под нагрузкой (специальных станков также и на производительность); 3) проверку станка на гео­метрическую точность, точность изготовляемой детали и параметр шероховатости; 4) испытание станка при обработке на жесткость и виброустойчивость.

Кроме указанных испытаний часть серийного выпуска станков подвергают выборочным испытаниям, в которые входят измерение КПД привода, проверка уровня шума, измерение статической и дина­мической жесткости всех основных узлов и механизмов, проверка мощности двигателей и т. д.

Перед испытанием станок устанавливают на специальный фунда­мент на опоры или клинья с выверкой по уровню в продольном и поперечном направлениях. Точность установки на длине 1000 мм 0,02—0,04 мм в продольном и 0,03—0,05 мм в поперечном направле­ниях.

Испытания станка без нагрузки (на холостом ходу). Вначале про­изводят внешний осмотр станка, затем проверяют легкость и плавность перемещений механизмов от руки, допустимые величины нагрузок и мертвых ходов маховиков и рукояток управления.

Затем станок испытывают последовательным включением всех частот вращения шпинделя, а также при всех величинах рабочих и ускоренных подач. При этом проверяют фактическое отклонение частот вращения на наибольшей скорости (станок должен непрерывно работать не менее 1,5—2 ч для установления постоянной температуры в подшипниках шпинделя). Проверяют работу электродвигателей, муфт, тормозов, механизмы зажима заготовки и инструмента, гидро­оборудование, системы подачи СОЖ, смазывание защитных устройств. Для привода главного движения записывают мощность холостого хода, измеряют температуру подшипниковых опор для шпиндельного узла (допускается нагрев подшипников качения не более 70° С, скольжения не более 60° С, для других механизмов не более 50° С). Работа меха­низмов станка должна быть плавной, без толчков, повышенного шума, сотрясений, вызывающих вибрации. Уровень шума измеряют шумо - мером или фонометром. В зоне рабочего места уровень шума не должен превышать 70—80 дб. Кнопки управления станком, пусковая аппара­тура, устройства блокировки, рычаги переключения должны работать без заедания и самопроизвольного смещения.

Проверка паспортных данных станка. Проверяют соответствие дан­ным паспорта и чертежа: 1) основных размеров и характеристик станка, характеристик его электродвигателей, гидромоторов, гидро - и пневмо- оборудования; 2) величины частот вращения шпинделя и величин

Подач; 3) кинематической, гидравлической, пневматической, электри­ческой схем станка, системы смазывания и охлаждения. Допускаются отклонения фактических данных от паспортных не более чем на 5 %.

Испытание станка в работе под нагрузкой. При этом испытании проверяют качество работы станка, правильность взаимодействия и функционирования всех его механизмов в условиях нормальной экс­плуатации. Выбирают наиболее тяжелые режимы работы с кратковре­менными перегрузками до 25 % сверх номинальной мощности. Испытания выполняют в зависимости от служебного назначения станка на черновом или чистовом режимах для типичных заготовок и мате­риалов. Образцы обрабатывают в течение 30 мин (не менее). При этом все механизмы станка должны работать исправно. Эксплуатационные характеристики станка должны отвечать паспортным данным. Предо­хранительные устройства, тормоза и фрикционные муфты должны надежно действовать. Последние не должны самовыключаться и бук­совать при перегрузке более 25 % от номинальной мощности.

Производственные возможности станка, качество его изготовления характеризуются наряду с другими параметрами КПД станка т = NJN и КПД механического привода тіш = N3(N— Nni), где N3 — эффективная мощность, расходуемая на резание, кВт; Л^ — потери мощности в электродвигателе, кВт. Для определения КПД проводят испытание на мощность. Уравнение баланса мощности станка N = N3 + Nni + А^ + + 7V„.n, где УУн. п — потери мощности при работе станка под нагрузкой.

Мощность асинхронных двигателей определяют двумя вольтметра­ми Wx и W2 (рис. 240) или одним вольтметром с искусственной нулевой точкой. У двигателей постоянного тока замеряют напряжение, а ам­перметром ток / и вычисляют мощность N= I • U. Эффективную мощность определяют по формуле N3 = (Рг х U)/600, где Рг — танген­циальная составляющая силы резания, Н. Величину Nlxl определяют по паспорту, в котором указаны значения КПД (т]н) при номинальной мощности NH, а также при мощностях (0,25; 0,5; 0,75; 1,25) NH. По этим значениям строят кривую потерь, определив по формуле Wju = =(А^/г|зі — Ю, где Ni мощность, развиваемая электродвигателем; тізі — КПД электродвигателя при данной мощности. Мощность холостого хода TVxx = Ni — Wju. Она зависит от частоты вращения шпинделя. Для токарных станков на нижних ступенях вращения N^ = (0,05...0,1)TV; на верхних А^ = (0,12...0,3)Ж Мощность нагрузочных потерь NH. n = =(0,05—0,14)//„; наименьшее значение соответствует малой частоте вращения.

Испытание станков на производительность проводят для операци­онных станков-автоматов, полуавтоматов, агрегатных станков и других специальных станков. Фактическая производительность станка должна соответствовать паспортной.

Испытание на получение параметра шероховатости поверхности выполняют на станках, служащих для доводочных и суперфинишных

Станков. Обработку осуществ­ляют на чистовом режиме. По­лученный параметр шерохо­ватости сравнивают с шерохова­тостью эталонной детали. При­меняют различные приборы для оценки параметра шероховато­сти поверхности — профило- метры, профилографы, интер­ферометры.

Проверка геометрической точности. Точность формы и размеров изготовляемых на станке деталей во многом зави­сит от точности технологиче-

Ской системы. Точность станка должна соответствовать нормам стан­дартов. Для каждого типа станков установлено определенное число инструментальных проверок (ГОСТ 8—82Е). В испытание на точность входят измерение геометрической точности самого станка и измерение точности изготовленных на нем деталей, используемые для измерений различные средства (уровни, индикаторы, микрометры и т. д.), должны отвечать по точности требованиям государственных стандартов.

Проверка геометрической точности станка включает контроль точ­ности изготовления отдельных элементов станка, точность вращения шпинделя, геометрическую форму посадочных поверхностей, откло­нение от плоскостности и Прямолинейности направляющих поверхно­стей; станин, стоек, колонн, столов, суппортов, отклонение от прямолинейности перемещения столов, шпиндельных бабок, суппор­тов, точность ходовых винтов и т. д. Контролируют также точность относительного положения и движения элементов и сборочных единиц станка. Допустимые значения отклонений зависят от класса точности станка.

Проверка точности изготовленных на станке деталей дает возмож­ность определить точность станка в рабочем состоянии. Выбор образца для испытаний инструмента и режимов резания выполняют в соответ­ствии с типом, размером и конструкцией испытываемого станка по соответствующим стандартам. Правила выполнения испытаний при­водятся в паспорте станка.

Испытание станка на жесткость. Жесткость станка это способность его несущих элементов сопротивляться действию нагрузок. Жесткость определяется величиной у = Р/у, Н/мм, где Р — действующая сила, у — величина деформации, вызываемая этой силой. Она является одним из важнейших критериев работоспособности станка и опреде­ляет точность его работы в установившемся режиме. Чем выше жест­кость станка, тем точнее получаются изготавливаемые на нем детали. Жесткость станков определяется как собственными деформациями его
деталей, которые зависят от их материала, модуля упругости, площади сечения или момента инерции, так и контактными деформациями стыков, величина которых зависит от шероховатости сопрягаемых поверхностей, точности их геометрической формы, смазки и характера нагружения. На долю контактных деформаций в станке приходится 70—80 % упругих перемещений, приведенных к вершине режущего инструмента.

Для измерения жесткости применяют устройства нагружения эле­ментов станка и приборы для регистрации деформаций. На рис. 241, а показана схема измерения статистической жесткости токарного станка. В резцедержателе 1 закреплен динамометр 2. Последний через серьгу 3 воздействует на оправку 4, установленную в шпинделе. Нагрузка на оправке создается винтом 6 и регистрируется индикатором 9 через тарированную плоскую пружину 8. Отжатие шпинделя и суппорта определяют по индикаторам 5 и 7. По результатам йспытаний строят график жесткости (рис. 241, б). При прямом нагружении вначале в системе выбираются зазоры, поэтому суппорт не возвращается в первоначальное исходное положение (пунктирная кривая). При после­дующих нагружениях и разгружениях кривые изменения деформаций образуют петлю, площадь которой характеризует в основном работу сил трения в стыках. Аналогично строят график и для обратного нагружения. При этом величина у между ветвями прямого и обратного нагружения характеризует разрыв характеристики, которая определяет суммарные остаточные перемещения. Перед проверкой станка на жесткость все его части, которые должны быть закреплены в процессе резания, также закрепляются.

Испытание станка на виброустойчивость. При работе станка наблю­даются быстропротекающие колебательные процессы — вибрации. Они отрицательно влияют на точность и шероховатость обрабатывае­мой поверхности, уменьшают долговечность и ухудшают технологиче­ские возможности станка. Вибрации в станке возникают из-за колебаний, вызываемых работающими рядом машинами, обусловлен­ных недостаточной жесткостью станка и передач в его приводах, недостаточной уравновешенностью вращающихся частей станка или вращающиеся заготовки, прерывистого характера процесса резания. В станках имеют место следующие виды колебаний.

Свободные колебания возникают под действием и кратковремен­ной возмущающей силы, например, при пусковых и переходных процессах. Вынужденные колебания появляются под действием пери­одической силы, например, от моментов вращающихся частей станка. Автоколебания (незатухающие, самоподдерживающиеся) возникают при резании под действием периодической возмущающей силы реза­ния при сдвиге слоев срезаемого материала. Параметрические колеба­ния появляются при наличии какого-либо переменного параметра, переменной жесткости технологической системы, создающего эффект, подобно действию периодической возмущающей силы.

Свободные колебания описываются уравнением тх + dx +jx = О, где т — масса системы; d — коэффициент демпфирования сопротив­лениям трения; х, х, х — соответственно перемещение, скорость и ускорение системы. Отношение X = d/m нАзываЮт логарифмическим декрементом затухания колебаний, ш0 = V / / т собственной частоты колебаний; D= Х/щ — относительное демпфирование. Относительное демпфирование является показателем степени виброустойчивости тех­нологической системы: D > (Х > ш0) — сильное демпфирование; (X = = (о0) — критическое демпфирование; D < 1(Х< щ) — слабое демпфи­рование. При сильном и критическом демпфировании колебание апериодично, т. е. затухает сразу, не переходя за положение равновесия. При слабом демпфировании затухание колебаний происходит по эс - потенциальному закону ех т. е. отношение амплитуд Д> и Ап (рис. 242, б) за время t=nT равно Ао/Ап = ех где Г—период колебания, п —

Число колебаний за период уменьшения амплитуды до заданной вели­чины. Логарифмируя отношения амплитуд, находят X = ЩАо/^/пТи декремент затухания при ю0 = 2я/71, который равен D= ln(Ao/Att)/2nn. При сильном и критическом демпфировании л = 1 уравнение вынуж­денных колебаний имеет вид: mx+ d* + jx = Psinco /, где P— возмуща­ющая сила, ш — круговая частота действия возмущающей силы. При вынужденных колебаниях для избежания резонанса собственная час­тота колебаний системы не должна совпадать по величине с частотой вынужденных колебаний.

Виброустойчивость станка оценивают посредством амплитудно - фазового частотного метода. Шпинделю станка, например, сообщают периодические вынужденные колебания от генератора колебаний (рис. 242, а) и записывают при помощи выбродатчика и осциллографа колебание системы на осциллограмму (рис. 242, в). При периодическом изменении частоты генератора сравнивают амплитуды колебаний на входе и выходе системы Аш/Діх и сдвиг колебаний по фазе <р. На основании измерения строят амплитудную Аъых/Авх = Р{со) и фазовую Ф = Дш) характеристики в зависимости от частоты колебаний (рис. 242, г). Совмещая амплитудную и фазовую частотные характеристики в иррациональной Jm и реальной Д. координатах, получают амплитуд­но-фазовую характеристику АФЧХ (рис. 242, д). Радиус-вектор кривой АФЧХ характеризует отношение амплитуд, а угловое положение <р относительного положительного направления оси Д — угол сдвига фаз колебаний. Значение -7 на оси Д означает совпадение амплитуд колебаний и сдвиг по фазе <р = 180°, что соответствует резонансу.

Система устойчива тогда, когда кривая АФЧХ не охватывает значение -1 на оси Д..

Испытание станков на виброустойчивость выполняют также на основе срезания предварительной стружки и ее зависимости от скоро­сти резания. Предельная стружка — это наибольшая ширина среза, снимаемая с заготовки при обработке на станке без вибраций. Пре­дельную стружку определяют по характерному звуку во время резания, по сильной волнистости и зазубренности сходящей стружки, по следам на обработанной поверхности и другими способами.

Подробнее тут