Определение нагрева и температурных деформаций станка

Внутренние источники тепла в станке вызывают неравномерный нагрев его деталей и узлов, что приводит к возникновению тепловых деформаций и перемещений инструмента и обрабатываемой заготовки, что в свою очередь приводит к нарушению ее размеров и формы.

Изучение процесса тепловых деформаций зачастую производится путем определения температурного поля отдельных узлов и деталей станка. Для этого измеряется температура в отдельных точках или регистрируется температурное поле всего станка и его отдельных деталей. Измерение температур в отдельных точках станка наиболее просто производится с помощью термопар. Предпочтительнее использовать термопары, постоянно укрепляемые на деталях станка в выбранных точках измерения. Наибольшее распространение получили медно-константановые и железо-константановые термопары, которые подключаются к регистрирующей аппаратуре. Крепление термопар к корпусным деталям станка наиболее просто осуществляется с помощью винтов через свинцовые прокладки. В настоящее время получили распространение термографические системы и термовизоры, которые позволяют получить мгновенную регистрацию всего температурного поля станка, обеспечивают хорошую наглядность распространения тепловых полей и обеспечивают высокую точность измерений.

Схема измерений температурных деформаций на токарном станке представлена на рис.2.16. На суппорте «холодного» станка (не работавшего не менее 24 часов и принявшего температуру цеха) соосно со шпинделем устанавливают специальный стальной диск 1, имеющий точные цилиндрический и плоский кольцевой измерительные пояски, а на шпинделе станка, на специальной оправке, укрепляют быстросъемную державку, несущую два индикатора 2 и 3, каждый из которых ориентирован на одну из указанных измерительных поверхностей. На время измерений суппорт закрепляют неподвижно. Шпинделю вручную сообщают медленное вращение и производят отсчет показаний каждой измерительной головки при положении их в каждой из четырех точек диска, расположенных на измерительных поясках через 90⁰. По результатам измерений во взаимно противоположных точках диска определяют линейные и угловые положения диска относительно шпинделя. После этого державку, несущую измерительные головки, снимают со шпинделя. Шпиндель приводят во вращение с заданной скоростью. Скорость вращения шпинделя выбирают равной минимальной, средней и максимальной в диапазоне скоростей станка.

Этот способ измерения теплового смещения шпинделя не может дать высокую точность измерений, так как установить повторно индикаторы 2 и 3 точно так же, как и первоначально не выполнимо. Более точные измерения см. раздел 15.

Также производят измерение температуры подшипников при различных скоростях вращения шпинделя и сравнивают их с рекомендациями ГОСТ 7599-82.

42 Проверка уровня вибрации оборудования

При работе станков на холостом ходу возникают колебания их несущих систем. Эти колебания накладываются на относительные согласованные перемещения инструмента и заготовки, необходимые для формообразования, и, следовательно, снижают точность обработки. Для определения величин колебаний узлов станка проводят проверку уровня их вибраций. При измерениях определяют размах относительных колебаний отдельных узлов станка, несущих инструмент и заготовку.

На рис. 2.17 представлена схема проверки уровня вибрации расточных станков на холостом ходу. В отверстие шпинделя 1 устанавливают регулируемую оправку 2 так, чтобы радиальное биение измерительной шейки не превышало 3 мкм. Датчик относительных колебаний 3 закрепляют на столе таким образом, чтобы его измерительный наконечник контактировал с оправкой на расстоянии l от торца шпинделя, которое выбирают в зависимости от технических характеристик станка.

Рис. 2.17. Схема проверки уровня вибрации расточных станков на холостом ходу

В ходе проверки определяют размах (двойную амплитуду) составляющих спектра относительных колебаний в диапазоне частот от 20 до 1000 Гц при работе станка на холостом ходу поочередно:

- при включении всех электродвигателей и вращении шпинделя последовательно на всех ступенях чисел оборотов;

- при включении всех электродвигателей, но без вращения шпинделя и приводного механизма.

Измеренный размах относительных колебаний не должен превышать допустимых значений, приведенных в технических условиях на станок. Если это условие не выполняется, то проводятся исследовательские испытания, после проведения которых, разрабатываются соответствующие мероприятия по уменьшению величины размаха составляющих спектра относительных колебаний.

Предлагаемая схема измерений производит измерение перемещений оси шпинделя искаженных вибрациями, которые возникают в контакте между оправкой 2 и датчиком 3, но никак не вибрации, возникающие при снятии стружки. Более точные измерения см. раздел 16.

При оценке уровней вибрации на рабочем месте станочника и шума, возникающих при работе станков на холостом ходу, проводят измерения в так называемых октановых полосах частот. Эти полосы характеризуются нижней f _н и верхней f _в частотами, а также их среднегеометрической частотой f _{ср.геом}, определяемой как

f _{ср.геом} = ,

при этом f _в / f _н= 2.

Измерение уровня вибраций на рабочем месте проводятся для среднегеометрических частот от 2 до 63 Гц. Местом измерения является участок пола у пульта управления станком. При этом для опытных образцов станков определяют среднеквадратические значения виброскорости или виброускорения при работе на типовых режимах. Полученные значения сравнивают с допустимыми, приведенными в ГОСТ 12.2.009-80.

Если полученные среднеквадратические значения виброскорости или виброускорения не превышают допустимых значений, то для серийных станков данной модели эта проверка не включается в технические условия. В противном случае для серийных станков эта проверка проводится в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90, согласно которому на рабочем месте измеряют амплитуду виброперемещений и сравнивают ее с допустимыми значениями, приведенными в табл. 2.1.

43 Проверка шумовых характеристик оборудования

Шумовые характеристики серийных станков при работе на холостом ходу определяют для среднегеометрических частот октавных полос от 31, 5 до 8000 Гц в соответствии с ГОСТ 12.2.107-85. В ходе проверки определяется октавный уровень звуковой мощности в каждой полосе частот. Измерение шума проводят шумомерами в точках, указанных в технической документации. Перед проведением проверки в каждой из этих точек измеряют уровень шума помех L _{1 i} при неработающем станке, а затем уровень шума L_2i при его работе на наибольших скоростях всех приводов. Если разность ∆ L_i = L _{2 i} - L _{1 i} менее 3 дБ, то результаты измерений в этой точке в данной полосе частот не оцениваются. Если ∆ L_i ≥ 3, то для учета помех из величины уровня шума L _{2 i} вычитают поправку ∆, значения которой приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Значения поправки ∆, учитывающей уровень шума помех

Откорректированные значения уровня шума в каждой точке определяется как:

L_i = L_2i – ∆.

По значениям L_i в n точках измерения определяют средний уровень звукового давления L_m во всех полосах частот. Если значения L_i отличаются друг от друга более чем на 5 дБ, то средний уровень звукового давления определяется по следующей зависимости:

L_m = 10 lg ( ) – K,

где K – постоянная для каждого помещения, учитывающая его конфигурацию, коэффициент отражения звуковых волн от внутренних поверхностей и т.д. Если значения L_i отличаются друг от друга менее чем на 5 дБ, то средний уровень звукового давления определяется по формуле:

L_m = – K

Октавные уровни звуковой мощности L_р вычисляют по формуле:

L_р = L_m + 10 lg S/S ₀,

где S – площадь измерительной поверхности (поверхности с большой площадью: стенки коробок передач, станины, кожухи и т.д., около которых измеряется уровень шума), м; S ₀ = 1 м. Полученные значения L_р сравнивают с допустимыми значениями в каждой октавной полосе, которые приводятся в технической документации на станок. Если полученные значения октавного уровня звуковой мощности превышают допустимые, то проводится проверка на определение источников шума, в результате чего разрабатываются мероприятия по его снижению.

Испытания станка при работе на холостом ходу являются необходимыми и направлены на выявление работоспособности отдельных узлов станка, как, например электрооборудования или влияние таких воздействий, как тепло и вибрации. Указанные факторы оказывают влияние на точность обработки деталей, но, тем не менее, они не могут гарантировать того, что изготовленная деталь будет соответствовать требованиям рабочего чертежа.

47 Проверка вибрационных характеристик станка под нагрузкой

Качественные и количественные критерии и показатели неблагоприятного воздействия вибрации на человека-оператора в процессе труда устанавливаются санитарными нормами, правилами и другими нормативными документами Минздрава РФ. В соответствии с ними вводятся следующие критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации (ГОСТ 12.1.012-90):

- критерий “безопасность”, обеспечивающий ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренных медицинской классификацией профессиональной болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибраций;

- критерий “граница снижения производительности труда “, обеспечивающий поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающейся из-за развития усталости под воздействием вибрации;

- критерий “комфорт”, обеспечивающий оператору ощущение комфортности условий труда при полном отсутствии мешающего действия вибрации.

Соблюдение установленной вибрационной нагрузки на оператора должно быть удостоверено расчетами или измерениями непосредственно на рабочем месте или другими способами по согласованию с заказчиком и потребителем. Воздействия вибрации на человека-оператора классифицируются:

- по способу передачи вибрации на человека;

- по направлению действия вибрации;

- по временной характеристике вибрации.

В качестве факторов, влияющих на степень и характер неблагоприятного воздействия вибрации, должны учитываться:

- риски (вероятности) проявления различных патологий вплоть до профессиональной вибрационной болезни;

- показатели физической нагрузки и нервно-эмоционального напряжения;

- влияние сопутствующих факторов, усугубляющих воздействие вибрации (охлаждение, влажность, шум и т.д.);

- длительность и прерывистость вибрации;

- длительность рабочей смены.

Показатели вибрационной нагрузки на оператора должны формироваться из следующих параметров:

- виброускорение (виброскорость);

- диапазон частот;

- время воздействия вибрации.

Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются одночисловые параметры (корректированное по частоте значение контролируемого параметра, доза вибрации) или спектр вибрации, установленные санитарными нормами Минздрава РФ. При выражении вибрационной нагрузки на оператора через спектр вибрации нормируемыми показателями, являются средние квадратические значения виброускорения или их логарифмические уровни в октавных полосах частот (8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500). Норма вибрационной нагрузки на оператора устанавливается для каждого направления действия вибрации (таб. 2.4.).

По способу передачи на человека различают общую и локальную вибрацию. Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, может быть отнесена к локальной вибрации. Если установка виброизмерительного преобразователя на местах охвата рукой затруднена, то место установки выбирают рядом с местом контакта так, чтобы измеряемый параметр не отличался от значений в месте контакта более чем на 1 дБ.

Таблица 2.4.

Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора. Локальная вибрация

Расчет амплитуды виброускорения определенный для среднегеометрической частоты октавной полосы рассчитывается по формуле

A = ,

где А_i – значение амплитуды вибраций на i -ой частоте, n – число частот.