eng
Выпуск #6/2020
Б.Г.Турухано, Н.Турухано, С.Н.Ханов, Ю.М.Лавров, Л.А.Константинов, О.Г.Ермоленко, В.В.Добырн, Р.П.Синельщикова
Испытания высокоточных шпинделей с помощью голографических наноизмерительных систем ЛГИИС
Испытания высокоточных шпинделей с помощью голографических наноизмерительных систем ЛГИИС
Просмотры: 1457
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.6.384.390
В данной работе исследуются радиальное и осевое биения шпинделя с помощью прецизионных наноголографических измерительных систем – линейных и угловых перемещений – длинномеров и ультрапрецизионного поворотного стола. Точность вращения шпинделя оценивается по величине радиального и осевого биения его переднего конца. Шпиндель осуществляет механическое вращательное движение. При вращательном движении шпинделя все его точки, в том числе и внешней поверхности, описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей называемой осью вращения. Ось вращения шпинделя располагается внутри его. Биения шпинделя исследуются по его верхней и боковой поверхностям.
В данной работе исследуются радиальное и осевое биения шпинделя с помощью прецизионных наноголографических измерительных систем – линейных и угловых перемещений – длинномеров и ультрапрецизионного поворотного стола. Точность вращения шпинделя оценивается по величине радиального и осевого биения его переднего конца. Шпиндель осуществляет механическое вращательное движение. При вращательном движении шпинделя все его точки, в том числе и внешней поверхности, описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей называемой осью вращения. Ось вращения шпинделя располагается внутри его. Биения шпинделя исследуются по его верхней и боковой поверхностям.
Теги: high-precision spindles lhiis holographic nano-measuring systems высокоточные шпиндели голографические наноизмерительные системы лгиис
Б.Г.Турухано*, заведующий ЛГИИС, заслуженный изобретатель РФ, Н.Турухано*, вед. науч. сотр., заслуженный изобретатель РФ, С.Н.Ханов*, вед. инженер-электроник, Ю.М.Лавров*, науч. сотр., Л.А.Константинов*, вед. инженер, О.Г.Ермоленко*, вед. инженер-технолог, В.В.Добырн*, ст. науч. сотр., Р.П.Синельщикова*, вед. инженер-конструктор / turukhano_bg@pnpi.nrcki.ru
B.G.Turukhano*, Head of LGIIS, Honored Inventor of RF, N.Turukhano*, Leading Researcher, Honored Inventor of RF, S.N.Khanov*, Engineer (Electronics), Yu.M.Lavrov*, Researcher, L.A.Konstantinov*, Leading Engineer,
O.G.Ermolenko*, Leading Process Engineer, V.V.Dobyrn*, Senior Researcher, R.P. Sinelshchikova*, Leаd. Design Engineer.
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.6.384.390
Получено: 16.10.2020 г.
ВВЕДЕНИЕ
При вращении вокруг неподвижной оси вращательное движение называется круговым. Если ось шпинделя при круговом движении его точек меняет свое положение, то у шпинделя появляются так называемые биения. При этом биения могут быть как в плоскости, перпендикулярной его оси (радиальное биение), так и в направлении самой оси шпинделя (осевое биение).
Предельные значения этих биений для исследовательских или других работ, а также устройств определяются в зависимости от требуемой точности вращения. Для универсальных станков конкретных классов точности биения устанавливаются ГОСТами, причем для обеспечения требуемой точности вращения шпинделя для него подбирают подшипники, точность исполнения которых примерно в три раза точнее, чем допустимое биение шпинделя. Для измерения биений шпинделя использовались голографические длинномеры ДГ-30 и ДГ-100 с характеристиками, приведенными в табл.1. В табл.2 показаны характеристики ультрапрецизионного двухшпиндельного наноизмерительного голографического одноосевого поворотного стола НИПСГ [1–3].
Нами были разработаны и созданы длинномеры голографические ДГ-30 и ДГ-100 с различными системами индикации результатов. Для ДГ-30 вывод результатов может быть организован как на экран персонального компьютера, так и на автономный блок индикации, а ДГ-100 преимущественно используется с автономным блоком индикации сигнала от измерительной установки.
На ультрапрецизионном двухшпиндельном наноизмерительном голографическом одноосевом поворотном столе НАНО ИПС-2, характеристики которого приведены в табл.2, установлен голографический датчик ДГ-100, что позволяет использовать данный стенд для исследования круглости деталей и их радиальных и осевых биений.
ИЗМЕРЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис.1 показан ультрапрецизионный двухшпиндельный наноизмерительный одноосевой поворотный стол голографический (НИПСГ) и стенд НАНО ИПС-2 [4, 5, 6].
Характеристики стенда голографического НАНО ИПС-2 [4, 5]:
для аттестации угловых датчиков, оптических элементов и других элементов;
сертификации приборов без / с инерционной нагрузкой 0,02 Нм / 50 Нм.
С помощью стенда НАНО ИПС-2 исследовались радиальные биения шпинделя наноизмерительного одноосевого поворотного стола голографического (рис.2).
Как видно из графика на рис.3, кривая радиальных биений шпинделя поворотного стола НАНО ИПС-2 меняется от 0,05 до 0,38 мкм за один оборот шпинделя (осуществлялись три поворота, повторяемость составила ± 0,1 мкм). Отметим, что в эти величины не входит точность изготовления наружной поверхности шпинделя, так как биения определялись по сферическому эталону, сцентрированному на поверхности поворотного стола – НАНО ИПС-2.
Как видно из графика на рис.3, аксиальные биения шпинделя поворотного стола НАНО ИПС-2 меняются от 0,2 до 0,45 мкм.
Шпиндель "Ш8" испытывался в Лаборатории информационных и измерительных систем (ЛГИИС) – ПИЯФ с помощью прибора "Голографический длинномер ДГ-30" российского изготовления (ЛГИИС) и признанного средством измерения согласно "Свидетельству о поверке", выданному Государственным комитетом РФ по стандартизации и метрологии (Госстандарт России) № 112511-7-121/10, и "Свидетельству об утверждении типа средства измерений" RU.C.27.001.A № 100899", выданному Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Точность ДГ-30 равна +/–0,05 мкм, разрешение 10 нм на длине 30 мм. Поверка прибора ДГ-30 осуществлялась в октябре 2018 года.
Измерения велись по трем отполированным дорожкам ротора (a, b, c). Испытания повторялись дважды, в прямом и обратном направлениях. Полученные результаты представлены на рис.4–11 графически.
Сканирование дорожки c показано на рис.5:
Результаты сканирований дорожки b и величины биений шпинделя при вращении по и против часовой стрелки показаны на рис.6:
Сканирование дорожки a показано на рис.7.
Затем было проведено сравнение дорожек при вращении шпинделя по часовой стрелке вперед.
После этого сравнивали дорожки при вращении шпинделя против часовой стрелки вперед.
ВЫВОДЫ
Видно, что обнаруженные максимумы и минимумы кривых, полученных при вращениях шпинделя по и против часовой стрелки практически одинаковы.
Максимумы: величины, показывающие максимумы кривых по и против часовой стрелки (рис.8 и 9), при вращении ротора шпинделя – являются одинаковыми с погрешностью менее 0,3 мкм.
Минимумы: величины, показывающие минимумы кривых по и против часовой стрелки (рис.8 и 11), при вращении ротора шпинделя также являются одинаковыми с погрешностью менее 0,3 мкм.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Турухано Б.Г., Турухано Н. Фотоэлектрические преобразователи линейных перемещений на базе голографических решеток // Оптический журнал (ГОИ). 2002. Т. 69. № 8. С. 69.
Турухано Б.Г., Турухано Н. Субмикрометры высокого разрешения на основе голографических решеток. Препринт ПИЯФ РАН EP-39. 2000 г. № 2382.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Якутович В.Н. Микрометрическая головка "ТУБОР". Патент РФ, № 2 032 142.1992. Пр. 19.03.1991 г.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В. Нано технологический компьютеризированный измерительный поворотный стол. Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. 2006. № 9. C. 34–36.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В., Кормин Е.Г., Кормин В.Е., Лавров Ю.М. Исследование и разработка измерительных голографических нано систем линейных и угловых перемещений // Мир техники кино. 2009. № 12. C. 2–27.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В., Ванин В.А., Кормин Е.Г., Кормин В.Е., Лавров Ю.М. Измерительные голографические нано системы линейных и угловых перемещений // Мир измерений. 2009. № 10. C. 14–17.
B.G.Turukhano*, Head of LGIIS, Honored Inventor of RF, N.Turukhano*, Leading Researcher, Honored Inventor of RF, S.N.Khanov*, Engineer (Electronics), Yu.M.Lavrov*, Researcher, L.A.Konstantinov*, Leading Engineer,
O.G.Ermolenko*, Leading Process Engineer, V.V.Dobyrn*, Senior Researcher, R.P. Sinelshchikova*, Leаd. Design Engineer.
DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.6.384.390
Получено: 16.10.2020 г.
ВВЕДЕНИЕ
При вращении вокруг неподвижной оси вращательное движение называется круговым. Если ось шпинделя при круговом движении его точек меняет свое положение, то у шпинделя появляются так называемые биения. При этом биения могут быть как в плоскости, перпендикулярной его оси (радиальное биение), так и в направлении самой оси шпинделя (осевое биение).
Предельные значения этих биений для исследовательских или других работ, а также устройств определяются в зависимости от требуемой точности вращения. Для универсальных станков конкретных классов точности биения устанавливаются ГОСТами, причем для обеспечения требуемой точности вращения шпинделя для него подбирают подшипники, точность исполнения которых примерно в три раза точнее, чем допустимое биение шпинделя. Для измерения биений шпинделя использовались голографические длинномеры ДГ-30 и ДГ-100 с характеристиками, приведенными в табл.1. В табл.2 показаны характеристики ультрапрецизионного двухшпиндельного наноизмерительного голографического одноосевого поворотного стола НИПСГ [1–3].
Нами были разработаны и созданы длинномеры голографические ДГ-30 и ДГ-100 с различными системами индикации результатов. Для ДГ-30 вывод результатов может быть организован как на экран персонального компьютера, так и на автономный блок индикации, а ДГ-100 преимущественно используется с автономным блоком индикации сигнала от измерительной установки.
На ультрапрецизионном двухшпиндельном наноизмерительном голографическом одноосевом поворотном столе НАНО ИПС-2, характеристики которого приведены в табл.2, установлен голографический датчик ДГ-100, что позволяет использовать данный стенд для исследования круглости деталей и их радиальных и осевых биений.
ИЗМЕРЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис.1 показан ультрапрецизионный двухшпиндельный наноизмерительный одноосевой поворотный стол голографический (НИПСГ) и стенд НАНО ИПС-2 [4, 5, 6].
Характеристики стенда голографического НАНО ИПС-2 [4, 5]:
для аттестации угловых датчиков, оптических элементов и других элементов;
сертификации приборов без / с инерционной нагрузкой 0,02 Нм / 50 Нм.
С помощью стенда НАНО ИПС-2 исследовались радиальные биения шпинделя наноизмерительного одноосевого поворотного стола голографического (рис.2).
Как видно из графика на рис.3, кривая радиальных биений шпинделя поворотного стола НАНО ИПС-2 меняется от 0,05 до 0,38 мкм за один оборот шпинделя (осуществлялись три поворота, повторяемость составила ± 0,1 мкм). Отметим, что в эти величины не входит точность изготовления наружной поверхности шпинделя, так как биения определялись по сферическому эталону, сцентрированному на поверхности поворотного стола – НАНО ИПС-2.
Как видно из графика на рис.3, аксиальные биения шпинделя поворотного стола НАНО ИПС-2 меняются от 0,2 до 0,45 мкм.
Шпиндель "Ш8" испытывался в Лаборатории информационных и измерительных систем (ЛГИИС) – ПИЯФ с помощью прибора "Голографический длинномер ДГ-30" российского изготовления (ЛГИИС) и признанного средством измерения согласно "Свидетельству о поверке", выданному Государственным комитетом РФ по стандартизации и метрологии (Госстандарт России) № 112511-7-121/10, и "Свидетельству об утверждении типа средства измерений" RU.C.27.001.A № 100899", выданному Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Точность ДГ-30 равна +/–0,05 мкм, разрешение 10 нм на длине 30 мм. Поверка прибора ДГ-30 осуществлялась в октябре 2018 года.
Измерения велись по трем отполированным дорожкам ротора (a, b, c). Испытания повторялись дважды, в прямом и обратном направлениях. Полученные результаты представлены на рис.4–11 графически.
Сканирование дорожки c показано на рис.5:
Результаты сканирований дорожки b и величины биений шпинделя при вращении по и против часовой стрелки показаны на рис.6:
Сканирование дорожки a показано на рис.7.
Затем было проведено сравнение дорожек при вращении шпинделя по часовой стрелке вперед.
После этого сравнивали дорожки при вращении шпинделя против часовой стрелки вперед.
ВЫВОДЫ
Видно, что обнаруженные максимумы и минимумы кривых, полученных при вращениях шпинделя по и против часовой стрелки практически одинаковы.
Максимумы: величины, показывающие максимумы кривых по и против часовой стрелки (рис.8 и 9), при вращении ротора шпинделя – являются одинаковыми с погрешностью менее 0,3 мкм.
Минимумы: величины, показывающие минимумы кривых по и против часовой стрелки (рис.8 и 11), при вращении ротора шпинделя также являются одинаковыми с погрешностью менее 0,3 мкм.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCE
Турухано Б.Г., Турухано Н. Фотоэлектрические преобразователи линейных перемещений на базе голографических решеток // Оптический журнал (ГОИ). 2002. Т. 69. № 8. С. 69.
Турухано Б.Г., Турухано Н. Субмикрометры высокого разрешения на основе голографических решеток. Препринт ПИЯФ РАН EP-39. 2000 г. № 2382.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Якутович В.Н. Микрометрическая головка "ТУБОР". Патент РФ, № 2 032 142.1992. Пр. 19.03.1991 г.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В. Нано технологический компьютеризированный измерительный поворотный стол. Приборы и системы, управление, контроль, диагностика. 2006. № 9. C. 34–36.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В., Кормин Е.Г., Кормин В.Е., Лавров Ю.М. Исследование и разработка измерительных голографических нано систем линейных и угловых перемещений // Мир техники кино. 2009. № 12. C. 2–27.
Турухано Б.Г., Турухано Н., Добырн В.В., Ванин В.А., Кормин Е.Г., Кормин В.Е., Лавров Ю.М. Измерительные голографические нано системы линейных и угловых перемещений // Мир измерений. 2009. № 10. C. 14–17.
Отзывы читателей
