Wyznaczenie rozkładu sztywności statycznej obrabiarki jest zagadnieniem trudnym i na obecnym etapie rozwoju niezadowalającym. Pytanie jakie nasuwa się na myśl to: jaki jest cel badania sztywności obrabiarek?
Badania statycznej sztywności obrabiarek przeprowadza się głownie z dwóch powodów. W celu porównania sztywności różnych obrabiarek [1], jak również użycia wyników pomiaru sztywności (wraz ze znajomością kierunku i wartości siły skrawania) do predykcji i korygowania błędów obróbki. Porównanie sztywności interesuje producentów obrabiarek, natomiast korygowanie błędów obróbki interesuje ich użytkowników. Niemniej w obu przypadkach istnieje wyraźnie zauważalna potrzeba zastosowania wiarygodnych (tj. zwalidowanych) metod pomiaru sztywności obrabiarek. Niestety dostępne rozwiązania pozostawiają wiele do życzenia. W normie ISO 230-1 [2] zaproponowano dwie metody badania sztywności statycznej obrabiarek: z zewnętrznym oraz wewnętrznym wymuszeniem siły. Norma zastrzega, że zastosowanie tych metod do badania jednej obrabiarki daje różne wyniki pomiarów sztywności. Między innymi z tego powodu aktualnie wiele ośrodków badawczych pracuje nad opracowaniem nowych metod pomiarów, np. z użyciem pręta teleskopowo kulowego z wymuszeniem siłą [3] czy specjalnie projektowanych układów z wymuszeniem siłownikiem hydraulicznym [4] lub pneumatycznym [5], z jednoczesnym pomiarem przemieszczeń. Można powiedzieć, że rywalizacja o zaakceptowanie metody pomiaru sztywności przez producentów i użytkowników obrabiarek jest nadal aktualna. Rywalizację tę wygra ten, kto przedstawi obiektywne dowody (tj. walidację) o uzasadnionej możliwości zastosowania proponowanej metody do badań sztywności obrabiarek skrawających. W niniejszym artykule zademonstrowano możliwości zastosowania wyników pomiarów fotogrametrycznych do badań sztywności obrabiarek, identyfikacji jej słabych ogniw oraz symulowania błędów obróbki przedmiotu toczonego. To co wyróżnia tę metodę na tle innych, znanych, to możliwość zwizualizowania wyników pomiarów odkształceń całej obrabiarki oraz bardzo krótki czas wykonania pomiarów. Być może ta metoda znajdzie zastosowanie i uznanie w przedmiotowych badaniach sztywności.
Pomiary fotogrametryczne odkształceń obrabiarki
Celem badania było wyznaczenie rozkładu sztywności statycznej tokarki w jej przestrzeni obróbczej – na płaszczyźnie pracy noża tokarskiego w płaszczyźnie XZ. Oś Z przyjęto zgodnie z tradycyjnie oznaczanym kierunkiem osi wrzeciona przedmiotowego, a oś X – zgodnie z kierunkiem promienia toczonego elementu. Uzyskane wyniki badania miały dostarczyć informacji (tj. współczynników sztywności) do kompensowania błędów obróbki. Do wykonania pomiarów użyto fotogrametryczny system pomiarowy, dzięki któremu można wyznaczyć współrzędne punktów w przestrzeni trójwymiarowej. Podczas pomiarów wykonuje się serię zdjęć markerów naklejonych na obiekt badań. Pomiary takie można wykonać przed oraz po obciążeniu obrabiarki siłą powodującą wywołanie odkształceń w jej pętli strukturalnej. W ten sposób z dwóch serii zdjęć można uchwycić przemieszczenie punktów oraz określić ich współrzędne. W kadrze oprócz markerów muszą być zawarte wzorce długości i markery do pozycjonowania optyki pomiarowej (Rys. 1).
Cały artykuł dostępny jest w wydaniu 1/2 (184/185) Styczeń/Luty 2023
