Transport engineering Transport engineering Транспортное машиностроение 2782-5957 93704 10.30987/2782-5957-2025-1-15-27 Машиностроение Mechanical engineering Машиностроение PROVISION OF OPERATIONAL PARAMETERS OF METAL CUTTING MACHINE SPINDLES AT THE STAGES OF REPAIR AND RESTORATION ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ШПИНДЕЛЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ НА ЭТАПАХ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ https://orcid.org/0009-0004-6667-3475 Филькин Дмитрий Михайлович Filkin Dmitry Mikhailovich filkin.dm@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0009-0004-9214-7567 Польский Евгений Александрович Polskiy Evgeniy Aleksandrovich polski.eugene@hotmail.com

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-0604-8537 Хандожко Александр Владимирович Khandozhko Alexandr Vladimirovich chandosh@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-1485-0415 Щербаков Андрей Николаевич Shcherbakov Andrey Nikolaevich taiga78@list.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Брянский государственный технический университет Bryansk State Technical University Брянский государственный технический университет Брянск Россия Bryansk State Technical University Bryansk Russian Federation 30 01 2025 30 01 2025 2025 1 15 27 16 12 2024 20 12 2024 https://bstu.editorum.ru/en/nauka/article/93704/view

Цель исследования: разработка модели определения параметров сборки подшипникового узла шпинделей металлорежущих станков с учетом обеспечения минимального биения функциональной поверхности. Задача, решению которой посвящена статья: разработка методики для оценки отклонения от соосности функциональной поверхности детали (шпинделя) относительно оси базовых шеек. Методы исследования: моделирование влияния параметров точности формы и взаимного расположения опорных шеек шпинделя на радиальное биение базового конуса при помощи теории размерных связей. Новизна работы: впервые проведен анализ влияния на эксплуатационные показатели шпиндельного узла параметров точности сопрягаемых деталей и представлены рекомендации по уменьшению радиального биения функциональной поверхности. Результаты исследования: разработана модель по определению параметров погрешности формы и погрешности взаимного расположения поверхностей и их влияния на радиальное биение функциональной поверхности шпинделя на этапе сборки подшипникового узла. Выводы: для достижения установленных эксплуатационных параметров шпиндельного узла на этапах восстановления и ремонта необходимо разработать методику выполнения операций контроля и сборки с учетом влияния параметров точности формы и точности взаимного расположения сопрягаемых поверхностей всех деталей сборочного узла.

The study objective is to develop a model for determining the parameters of the spindle bearing assembly of metal-cutting machines, taking into account the minimum runout of the functional surface. The task to which the paper is devoted is to develop a technique for evaluating deviations from the alignment of the functional surface of a part (spindle) relative to the axis of the base necks. Research methods: modeling the influence of shape accuracy parameters and the relative position of the spindle support necks on the radial runout of the base cone using the theory of dimensional relationships. The novelty of the work: for the first time the effect of the accuracy parameters of the mating parts on the performance of the spindle assembly is analyzed and recommendations are given to reduce the radial runout of the functional surface. Research results: a model is developed to determine the parameters of the shape error and the error of the relative position of the surfaces and their effect on the radial runout of the spindle functional surface at the stage of the bearing assembly. Conclusions: in order to achieve the specified operational parameters of the spindle assembly at the stages of restoration and repair, it is necessary to develop a technique for performing control and assembly operations, taking into account the influence of shape accuracy parameters and the accuracy of the mutual positioning of the mating surfaces of all parts of the assembly unit.

 параметры точность формы расположение анализ шпиндельный узел parameters shape accuracy location analysis spindle assembly

Xiaohu, Li. Investigation of non-uniform preload on the static and rotational performances for spindle bearing system / Li Xiaohu, Li Huanfeng, Zhang Yanfei [et al.] // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2016. Vol. 106. P. 11-21. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.04.003 Xiaohu L, Huanfeng L, Yanfei Zh. Investigation of non-uniform preload on the static and rotational performances for spindle bearing system. International Journal of Machine Tools and Manufacture [Internet]. 2016;106:11-21. Available from: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.04.003. Jiang, Shuyun. Investigation of variable optimum preload for a machine tool spindle / Shuyun Jiang, Hebing Mao // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2010. Vol. 50. Issue 1. P. 19-28. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.10.001 Jiang Sh, Mao H. Investigation of variable optimum preload for a machine tool spindle. International Journal of Machine Tools and Manufacture [Internet]. 2010;50(100 19-28. Available from: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.10.001 Ханов, А. М. Исследование динамики шпиндельных узлов станков на основе математического моделирования / А. М. Ханов, А. Е. Кобитянский, А. В. Шафранов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1-2. С. 439-447. – EDN PWMODD. Khanov AM, Kobityansky AE, Shafranov AV. Study of the dynamics of spindle assemblies of machine tools based on mathematical modeling. Proceedings of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012;14(1-2):439-447. Cao, Hongrui. Model-based error motion prediction and fit clearance optimization for machine tool spindles / Hongrui Cao, Bijian Li, Yamin Li, [et al.] // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. Vol. 133. 106252. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.106252. Cao H, Li B, Li Ya. Model-based error motion prediction and fit clearance optimization for machine tool spindles. Mechanical Systems and Signal Processing [Internet]. 2019;133:106252. Available from: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.106252. Liu, Junfeng. Dynamic design for motorized spindles based on an integrated model / Junfeng Liu, Xiaoan Chen // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 71. P. 1961-1974. https://doi.org/10.1007/s00170-014-5640-y. Junfeng L, Chen X . Dynamic design for motorized spindles based on an integrated model. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology [Internet]. 2014; 71:1961-1974. Available from: https://doi.org/10.1007/s00170-014-5640-y. Xi, Songtao. Dynamic modeling of spindle bearing system and vibration response investigation / Songtao Xi, Hongrui Cao, Xuefeng Chen // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. Vol. 114. P. 486-511. https://doi.org/10.1007/s40430-024-05052-0. Songtao X, Cao H, Chen X. Dynamic modeling of spindle bearing system and vibration response investigation. Mechanical Systems and Signal Processing [Internet]. 2019;114:486-511. Available from: https://doi.org/10.1007/s40430-024-05052-0. Wang, Zinan. Effect of interference fit on dynamic characteristics of spindle rotor system / Zinan Wang, Zhan Wang, Xiaotian Bai, [et al.] // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022. Vol. 44. 316. https://doi.org/10.1007/s40430-022-03545-4. Wang Z, Bai X . Effect of interference fit on dynamic characteristics of spindle rotor system. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering [Internet]. 2022;44:316. Available from: https://doi.org/10.1007/s40430-022-03545-4 РТМ 23.4.57-74 Ремонт шпиндельных головок алмазно-расточных и внутришлифовальных станков / М.А Питкевич, Г.И. Стриженский, И.А. Горбунов. Волгоград: ГПКТБ. 1974. с. 82. Pitkevich MA, Strizhensky GI, Gorbunov IA. Repair of spindle heads of diamond boring and internal grinding machines. Volgograd: GPKTB; 1974. Бедняшин, А. Е. Способы повышения точности вращения шпинделей на опорах качения // Бедняшин А.Е. // СТИН. 2001. N4. С. 14-16. Bednyashin, AE. Ways to increase the accuracy of spindle rotation on rolling bearings. STIN; 2001. Щербаков, С. В. Обзор методов ремонта шпинделей металлорежущих станков / С. В. Щербаков // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева. 2019. № 3(50). С. 64-67. – EDN FVWFSZ. Shcherbakov SV. Review of methods for repairing spindles of metal-cutting machines. Vestnikof Soloviev Rybinsk State Aviation Technical University. 2019;3(50):64-67. Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Допуски формы, ориентации, месторасположения и биения [Текст] : национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53442-2009 (ИСО 1101:2004) : введен впервые : введен 2012-01-01 : издание официальное / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии ; [ред. Р. Г. Говердовская]. Москва : Стандартинформ, 2010. - IV, 46, [1] с. : ил., табл.; 29 см. GOST R 53442-2009 (ISO 1101:2004) Basic norms of interchangeability. Geometrical product specifications. Tolerances of form, orientation, location and run-out. Moscow: Standartinform; 2010. Филькин, Д. М. Анализ погрешности базирования заготовки при установке на две опорные призмы с учетом погрешности формы и месторасположения / Д. М. Филькин, Е. А. Польский // Транспортное машиностроение. 2023. № 1(13). С. 24-34. – DOI 10.30987/2782-5957-2023-1-24-34. – EDN CIDAUB. Filkin DM, Polsky EA. Analysis of the workpiece error of locating when installed on two location vees, taking into account the error of shape and location. Transport Engineering. 2023;1:24-34. DOI 10.30987/2782-5957-2023-1-24-34. Филькин, Д. М. Погрешность базирования заготовок при установке на опорные призмы с учетом макроотклонений / Д. М. Филькин, Е. А. Польский // Транспортное машиностроение. 2022. № 1-2(1-2). С. 8-19. – DOI 10.30987/2782-5957-2022-01-02-8-19. – EDN ZGUWSN. Filkin DM, Polsky EA. The error of basing the workpieces when installed on the location vees, taking into account macro-displacemenmts. Transport Engineering. 2022;1-2(1-2):8-19. DOI 10.30987/2782-5957-2022-01-02-8-19. Подшипники качения. Общие технические условия = Rolling bearing. General specifications : Rolling bearing. General specifications : межгосударственный стандарт ГОСТ 520-2011 : взамен ГОСТ 520-2002 : введен 2012-07-01 / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2012. - III, 65 с. GOST 520-2011 Rolling bearing. General specifications. Moscow: Standartinform; 2012. Fontaine, J.F. Form defect influence on the shrinkage fit characteristics / J.F. Fontaine, I.E. Siala // European Journal of Mechanics - A/Solids. 1998. Vol. 17 1. P. 107-119. https://doi.org/10.1016/S0997-7538(98)80066-1. Fontaine JF, Siala IE. Form defect influence on the shrinkage fit characteristics. European Journal of Mechanics A/Solids [Internet]. 1998;17(1):107-119. Available from: https://doi.org/10.1016/S0997-7538(98)80066-1. Boutoutaou, H. Modeling of interference fits taking form defects of the surfaces in contact into account / H. Boutoutaou, M. Bouaziz, J.F. Fontaine // Materials and Design. 2011. Vol. 32. P. 3692-3701. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.03.059. Boutoutaou H, Bouaziz M, Fontaine JF. Modeling of interference fits taking form defects of the surfaces in contact into account. Materials and Design [Internet]. 2011;32:3692-3701. Available from: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.03.059.