Работа ШУ на опорах качения сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя, тепловыми смещениями подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников и т. д. Таких недостатков лишены ШУ на газостатических подшипниках, которые используют при прецизионной обработке ответственных деталей [1]. В связи с этим очень важным является контроль положения шпинделя во время работы с целью дальнейшего определение оптимальных условий его работы.
При диагностике станочных систем часто нет возможности установки регистрирующего датчика в месте возникновения сигнала. Нет такой возможности и при определении положения шпинделя на газостатической опоре, поскольку невозможно установить датчик непосредственно на сам шпиндель. Наиболее близкое место расположения датчика - это корпус шпинделя. При удалении места регистрации, согласно принципу Аббе погрешность измерений возрастает в квадратичной зависимости.
Место регистрации сигнала ВАЭ очень сильно влияет на достоверность принятого решения. Невозможность установки датчика в месте возникновения сигнала обуславливает появление шумовой составляющей. Очистку сигнала обычно производят с помощью частотной фильтрации, отсекая низкочастотные колебания, не выявляя природы возникновения самого сигнала. Для обработки сигнала ВАЭ более корректно применять вейвлет-анализ, который по сравнению с разложением в ряд Фурье обладает и тем преимуществом, что слабо чувствителен к шумовым составляющим. Установлено, что наиболее качественную очистку сигнала ВАЭ производит жесткая пороговая обработка вейвлет-анализа, заключающаяся в том, что из значений вейвлет-коэффициентов вычитают предварительно определенный порог.
При контроле положения шпинделя сигнал снимается с датчика, закрепленного на корпусе исследуемого подшипника. Сигнал ВАЭ, регистрируемый с помощью пьезоэлектрических датчиков, поступает через осциллограф на плату сбора данных, где происходит аналогово-цифровое преобразование, после которого сигнал поступает для обработки в память ЭВМ. С помощью ЭВМ производится очистка сигнала методом вейвлет-преобразования, и выполняется реконструкция аттрактора, позволяющая получить траекторию движения оси шпинделя по значению одной координаты
Построение траектории движения оси шпинделя в абсолютных координатах выполняется следующим образом. Предварительно определялся тарировочный коэффициент, равный среднеарифметическому отношению линейному перемещению оси шпинделя, замеренному с помощью емкостных датчиков, к значению сигнала ВАЭ в соответствующий момент времени. Отклонение оси шпинделя в линейных величинах находилось в режиме реального времени путем умножения тарировочного коэффициента на регистрируемый сигнал ВАЭ.
В газостатическом подшипнике траектория вращение шпинделя происходит по эллипсу. Эллиптическая форма траектории синхронного вихря вала при постоянной скорости вращения можно объяснить переменной динамической жесткостью (неравномерностью эпюры давления) по окружности подшипника. Линия, очерчивающая траекторию, - плавная и практически не имеет размытости. Это означает, что ось шпинделя движется по постоянной траектории, занимая стабильное положение в подшипниках.
Получить реальную траекторию движения оси шпинделя, с достаточной для эффективного контроля точностью, можно применив специальную высокоточную аппаратуру для прямых измерений, например, используя лазерный интерферометр. Естественно, использование столь сложного и дорогого оборудования в составе систем контроля работы металлорежущими станками экономически нецелесообразно из-за слишком высоких затрат на настройку и обслуживание. Поэтому для измерения колебаний, как правило, используют менее точные методы. Наиболее широкое применение в диагностике станочных систем получило использование метода ВАЭ, который дополненный методом вейвлет-очистки позволяет получить точность, сопоставимую с результатами лазерной интерферометрии, и поэтому может эффективно использоваться в автоматизированное производство.
Список литературы
- Космынин А.В. и др. Эксплуатационные характеристики газовых опор высокоскоростных шпиндельных узлов. - М.: Академия Естествознания. 2006. - 219 с.: ил.