Experimental determination of the influence of spindle imbalance with boring bar on machining accuracy

Андрій Олександрович Оргіян; Ганна Василівна Баланюк; Олександр Андрійович Оргіян; Василь Михайлович Колеснік; Павло Ігорович Прокопович

doi:10.15276/opu.1.71.2025.02

Автор(и)

Андрій Олександрович Оргіян Національний університет "Одеська політехніка" https://orcid.org/0009-0002-5514-3239
Ганна Василівна Баланюк Національний університет "Одеська політехніка" https://orcid.org/0000-0003-1628-0273
Олександр Андрійович Оргіян Національний університет "Одеська політехніка" https://orcid.org/0000-0002-1698-402X
Василь Михайлович Колеснік Національний університет "Одеська політехніка" https://orcid.org/0000-0002-6573-2961
Павло Ігорович Прокопович Національний університет "Одеська політехніка" https://orcid.org/0009-0003-8007-7680

DOI:

https://doi.org/10.15276/opu.1.71.2025.02

Ключові слова:

шпиндель, місток, стик, підшипник, дисбаланс, відцентрова сила, жорсткість

Анотація

В роботі вивчено вплив параметрів пружної системи оздоблювально-розточувального верстата на статичні деформації, коливання та точність тонкого розточування. На основі експериментальних досліджень впливу дисбалансу шпинделя з борштангою на точність обробки було розроблено методику розрахунку відхилень від круглості, викликаних дією сил різання та відцентрових сил на пружні системи з анізотропною жорсткістю. Також вивчено статичні похибки та особливості деформації у замкнутій динамічній системі верстата. Повне відхилення від круглості, спричинене пружними деформаціями, обчислюється як сума статичних та динамічних складових. Наведено середні значення дисбалансу me, середні квадратичні відхилення χ та відхилення максимальних значень дисбалансу memax до допустимих [me]. Встановлено вплив неврівноваженості на шорсткість обробленої поверхні. Оскільки збільшення відхилень від круглості викликається овалізацією отвору, то причиною порушення точності форми поперечного перерізу зі збільшенням поперечної сили є анізотропність радіальної жорсткості пружної системи верстата. При випробуваннях вузлів одного і того ж типорозміру в однакових умовах овалізація отворів не залишається постійною, тому анізотропність пружних властивостей пов’язана з індивідуальною якістю шпиндельного вузла, а саме, з точністю окремих деталей вузла та їх збіркою.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Oborskyi, H., Orgiyan, A., & Balaniuk, A. (2023). Balancing spindles with tools for finishing and boring machines. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 1(67), 5–14. DOI: 10.15276/opu.1.67.2023.01.

Zaloha, V. O., Kryvoruchko, D. V., Shapoval, Y. V., & Drofa, K. A. (2017). Dynamic control of vibrations during turning. Mechanics and Advanced Technologies, (79), 100–107.

Zaloha, V. A., Zinchenko, R. N., & Shapoval, Y. V. (2014). Machining small diameter parts by turning with high spindle speed. Modern Technologies in Mechanical Engineering: Collection of Scientific Works, (9), 50–62.

Abele, E., Altintas, Y., & Brecher, C. (2010). Machine tool spindle units. CIRP Annals Volume, 59(2), 781–802. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.05.002.

Li, Y., Yu, M., Bai, Y., Hou, Z., Zhang, H., & Wu, W. (2023). A heat dissipation enhancing method for the high-speed spindle based on heat conductive paths. Advances in Mechanical Engineering, 15(4). https://doi.org/10.1177/16878132231167675.

Wu, Y., & Zhang, L. (2020). Basic theory and method of spindle dynamic balance. In Intelligent Motorized Spindle Technology (pp. 71–99). Springer Tracts in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3328-0_4.

Shen, C., Wang, G., Wang, S., & Liu, G. (2011, August). The imbalance source of spindle-tool system and influence to machine vibration characteristics. In 2011 Second International Conference on Digital Manufacturing & Automation (pp. 1288–1291). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICDMA.2011.317

Danylchenko, Y. M., & Petryshyn, A. I. (2012). Modeling of oscillation forms of the mechanical oscillatory system “spindle unit-base”. Reliability of Tools and Optimization of Technological Systems, (30), 309–316.

Danylchenko, Y. M., & Petryshyn, A. I. (2011). Dynamic analysis of the mechanical oscillatory system “spindle unit-base”. Reliability of Tools and Optimization of Technological Systems, (28), 169–174.

Danylchenko, Y., Petryshyn, A., Repinskyi, S., Bandura, V., Kalimoldayev, M., Gromaszek, K., & Imanbek, B. (2021). Dynamic characteristics of “tool-workpiece” elastic system in the low stiffness parts milling process. In Mechatronic Systems 2: Applications in Material Handling Processes and Robotics (pp. 225–236). Routledge.

Danylchenko, Y. M., & Petryshyn, A. I. (2014). Identification of spindle vibrations based on measurement results of spindle unit body vibrations. Bulletin of NTUU “KPI”, Series Machine Building, (71), 147–152.

Danylchenko, Y., Storchak, M., Danylchenko, M., & Petryshyn, A. (2023). Cutting process consideration in dynamic models of machine tool spindle units. Machines, 11(6), 582. https://doi.org/10.3390/machines11060582.

Sakhno, Y. Y., & Volyk, V. S. (2006). Mechanical processing of unbalanced parts on a lathe with hydrostatic supports. Bulletin of Engine Building, (2), 129–133.

Strutynskyi, V. B., & Fedorynenko, D. Y. (2011). Statistical dynamics of spindle units on hydrostatic supports: Monograph. Aspect-Polygraph Publishing House.

Shapoval, Y. V., & Kryvoruchko, D. V. (2014). Test bench for studying the turning process with high spindle rotation frequencies. Journal of Engineering Sciences, 1(3), 11–18.

Drach, I. V., & Roizman, V. P. (2018). Automatic balancing of rotating bodies by liquid: Monograph. KhNU.

Roizman, V. P., & Drach, I. V. (2015). Theoretical study of the automatic balancing process of rotors with a vertical axis of rotation by liquid working bodies (cases of ideal and viscous liquids). Vibrations in Engineering and Technologies, 3(79), 50–58.

Kalchenko, V. I., Sakhno, Y. Y., & Fedorynenko, D. Y. (1996). Ways to improve the process and devices for balancing rotors. Bulletin of Chernihiv Technological Institute, (1), 111–118.

Xu, C., Zhang, J., Yu, D., Wu, Z., & Feng, P. (2015). Dynamics prediction of spindle system using joint models of spindle tool holder and bearings. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 229(17), 3084–3095. https://doi.org/10.1177/0954406215569588.

Rauscher, C. (2011). Grundlagen der Spektrumanalyse [Fundamentals of Spectral Analysis]. Rohde & Schwarz.

Orgiyan, A., Oborskyi, G., Balaniuk, A., Tonkonogyi, V., & Dasic, P. (2021). Development of calculation of statistical and dynamic errors upon fine boring with console boring bars. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 588–597. https://doi.org/10.1007/978-3-030-68014-5_57.