Balancing spindles with tools for finishing and boring machines
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.67.2023.01Keywords:
centrifugal, force unbalance spindle-boring bar compliance roundness deviation roughness fixture detail anisotropyAbstract
Finishing and boring machines are used in serial and mass production for processing parts of various shapes and deformation properties, namely liners, connecting rods, pistons, flanges, couplings, as well as body parts such as crankcases, blocks, cylinders, etc. Bridges are installed on the bed of
horizontal boring machines, on which spindle units are fixed. The decisive influence on the accuracy of processing is exerted by the parameters of the spindle assembly with the tool and the fixture with the part. The use of modern tool materials makes it necessary to increase the speed of spindle units up to 8...10 thousand rpm when machining holes with a diameter of 16...40 mm. The paper investigates
the anisotropy of the rigidity of the elastic system of the machine tool, which leads to deviations from the specified depth of cut under the action of forces rotating together with the cutter. In experiments, the influence of the anisotropy of radial compliance on the processing errors was studied. The dependence of the determination of additional centrifugal force, which provides a minimum of deviations from roundness, is obtained. To ensure a minimum deviation from roundness, the developed technique allows you to perform only three borings. Note that the fulfillment of the requirements for the shape of the cross section in the absence of imbalance is established after the first boring. According to the developed method, the values of centrifugal forces are assigned, given by the mass of the load fixed on the flange of the boring bar or on the pulley. The measured values of deviations from the roundness and roughness of the surfaces of the machined holes confirm the calculated estimates. It has been established that only for heads of the first size (universal diamond-boring UDB-1) the maximum unbalance is close in order of magnitude to the allowable one. Therefore, spindle balancing should be carried out for heads designed to operate at speeds close to the maximum.
Downloads
References
Abele E., Altintas Y., Brecher C. Machine tool spindle units. CIRP Annals. 2010. Vol. 59, Is. 2. P. 781–802. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.05.002.
Шаповал Ю.В. Криворучко Д.В. Стенд для исследования процесса точения с высокими частотами вращения шпинделя. Журнал інженерних наук. 2014. Т.1, № 3. С. 11–18.
Залога В. О., Криворучко Д. В., Шаповал Ю. В., Дрофа К. А. Динамічне управління коливаннями при точінні. Mechanics and Advanced Technologies. 2017. № 79. С. 100–107.
Залога В. А., Зинченко Р. Н., Шаповал Ю. В. Обработка деталей малых диаметров точением с высокой частотой вращения шпинделя. Сучасні технології в машинобудуванні. 2014. Вип. 9. С. 50–62.
Данильченко Ю.М., Петришин А.И. Идентификация колебаний шпинделя по результатам измерения вибраций корпуса шпиндельного узла. Вісник НТУУ «КПІ», сер. Машинобудвання. 2014, № 71. С. 147–152.
Данильченко Ю.М., Петришин А.І.. Моделювання форм коливань механічної коливної системи «шпиндельний вузол-основа». Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. 2012. № 30. С. 309–316.
Данильченко Ю.М., Петришин А.І. Динамічний аналіз механічної коливної системи «шпиндельний вузол-основа». Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. 2011. № 28. С. 169–174.
Dynamic characteristics of “tool-workpiece” elastic system in the low stiffness parts milling process / Danylchenko Y., Petryshyn A., Repinskyi S., Bandura V., Kalimoldayev M., Gromaszek K., Imanbek B. In Mechatronic Systems 2: Applications in Material Handling Processes and Robotics; Routledge: London, UK, 2021, pp. 225–236.
Драч І. В., Ройзман В. П. Автоматичне балансування обертових тіл рідиною: монографія. Хмельницкий : ХНУ, 2018. 189 с.
Ройзман В.П., Драч І.В. Теоретичне дослідження процесу автоматичного балансування роторів з вертикальною віссю обертання рідкими робочими тілами (випадки ідеальної та в'язкої рідин). Вібрації в техніці та технологіях. 2015. №3 (79). С. 50–58.
Кальченко В.І., Сахно Є.Ю., Федориненко Д.Ю. Шляхи вдосконалення процесу та пристроїв балансування роторів. Вісник Чернігівського технологічного інституту. 1996. №1. С. 111–118.
Сахно Є.Ю. Волик В.С. Механічна обробка незрівноважених деталей на токарному верстаті з гідростатичнимі опорами. Вісник двигунобудування. 2006. №2. С. 129–133
Струтинський В.Б., Федориненко Д.Ю. Статистична динаміка шпиндельних вузлів на гідростатичних опорах: монографія. Ніжин : Аспект- Поліграф, 2011. 464 с.
Li Y, Yu M, Bai Y, Hou Z, Zhang H, Wu W. A heat dissipation enhancing method for the high-speed spindle based on heat conductive paths. Advances in Mechanical Engineering. 2023. 15(4). DOI: 10.1177/16878132231167675.
Shen C., Wang G., Wang S. and Liu G. The Imbalance Source of Spindle-Tool System and Influence to Machine Vibration Characteristics. 2011 Second International Conference on Digital Manufacturing & Automation, Zhangjiajie, China, 2011, pp. 1288–1291, DOI: 10.1109/ICDMA.2011.317.
Xu C., Zhang J., Yu D., Wu Z., Feng P. 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. 2015. 229(17). 3084–3095. DOI: 10.1177/0954406215569588.
Danylchenko Y.; Storchak M.; Danylchenko M.; Petryshyn A. Cutting Process Consideration in Dynamic Models of Machine Tool Spindle Units. Machines. 2023. 11. 582. DOI: https://doi.org/10.3390/machines11060582.
Dynamics of Fine Boring with Multicutting Console Drilling Rods / G. Oborskyi, A. Orgiyan, V. Tonkonogyi, A. Balaniuk, I. Muraviova. 2nd Grabchenko's International Conference on Advanced Manufacturing Processes Interpartner-2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham. 2021. P. 577–587. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-68014-5_56.
Rauscher Christoph. Grundlagen der Spektrumanalyse, (Основы спектрального анализа). s.l. : Rohde & Schwarz®, 2011.
