Анализ конструкции поворотных столов, применяемых в мехатронных станках (стр. 3 из 6)

Тормоз поз. 1 осуществляет торможение ступицы поз. 2 за счет подачи избыточного давления воздуха в полость между двумя кольцами тормоза и изменения размеров внутреннего кольца.

2.5 Стол поворотный двухосевой модели RTL500

Стол поворотный двухосевой модели RTL500 предназначен для установки обрабатываемой детали и поворота ее во время обработки в позиционном и непрерывном режимах.

Частота вращения стола имеет непрерывное регулирование, а положение стола может быть заданно позиционно (т.е. на заданный угол).

Стол поворотный двухосевой имеет в своем составе две опоры: механизм поворота шпиндельной головки поз. 2 и неприводную опору поз. 3. В корпусе поз. 5, расположенном между фланцами опор поз. 2 и 3, монтируется поворотный стол поз. 4. Компенсаторы поз. 6 обеспечивают прилегание посадочной плоскости корпуса поз. 5 к фланцу неприводной опоры. Нижняя и боковые плоскости корпуса закрыты крышками поз. 7, 8, 9. Кожух поз. 1 предохраняет кабели поворотного стола.

Общий вид поворотного стола модели RTL500 в соответствии с рисунком 2.11.

Механизм поворота шпиндельной головки в соответствии с рисунком 2.12.

В корпусе поз. 1 установлен фланец поз. 6, в котором устанавливается подшипниковый редуктор TS 300–191-SCB (фирмы Spinea, Словакия) поз. 7. Редуктор крепится к фланцу поз. 6 через фланец поз. 3. На фланце поз. 3 установлен электродвигатель (N=5 кВт, n=3000 мин^-1), вал электродвигателя входит во входное отверстие редуктора поз. 6. К выходному фланцу редуктора через фланец поз. 5 крепится планшайба поз. 2. С целью повышения точности позиционирования непосредственно к фланцу поз. 5 крепится круговой датчик Renishaw. Штырь поз. 4, установленный во фланец поз. 6 центрирует планшайбу поз. 2 и корпус поворотного стола.

Рисунок 2.11 – Общий вид поворотного стола модели RTL500

Неприводная опора в соответствии с рисунком 2.13.

В корпус опоры поз. 9 устанавливается фланец поз. 4, в котором установлен подшипник поз. 13. Во внутреннем кольце подшипника устанавливается фланец поз. 3, на торце фланца монтируется фланец поз. 2, к которому непосредственно крепится корпус поворотного стола. Кольца поз. 10, 11, установленные на фланцах поз. 3 и 4 соответственно, крепят подшипник поз. 13. Кольцо поз. 8, установленное во фланце поз. 2, центрирует корпус поворотного стола относительно оси поворота фланца.

Тормоз поз. 1 осуществляет торможение фланца поз. 2 за счет подачи избыточного давления воздуха в полость между двумя кольцами тормоза и изменения размеров внутреннего кольца.

Контроль крайних положений поворота стола (ось А) осуществляется при помощи блоков микропереключателей установленных через планки поз. 5 на фланце поз. 4 и кулачка поз. 6, установленного на фланце поз. 3. Крышка поз. 7 закрывает корпус с обратной стороны, компенсатор поз. 12 позволяет отрегулировать высоту корпуса опоры.

3. Анализ жесткости конструкций поворотных столов

Точность в станочных системах выступает, как целевая функция и ей подчинены все другие эксплуатационные показатели. В свою очередь одним из факторов, влияющих на точность обработки, является жесткость станочной системы. Жесткость – способность системы сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой.

Жесткость конструкции оценивается с помощью программного продукта SolidWorks Simulation 2009. Это пакет программ, позволяющий выполнять комплексный анализ напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов на ранней стадии проектирования, что позволяет существенно повысить качество проектируемого оборудования и снизить общее время конструирования. Принципиально важным качеством является то, что система может рассчитывать сборки. Детали сборки могут быть выполнены из разных материалов. Для каждой части сборки конечно-элементная сетка генерируется изолированно, а соединения моделируется контактными элементами, учитывающими зазор между деталями.

Преимуществом Simulation 2009 является то, что между постановкой задачи (при наличии геометрической модели) и получением результатов проходит незначительное время. С использованием данного метода можно произвести расчёт деталей и сборок любой конфигурации и формы.

3.1 Анализ жесткости двухосевого поворотного стола RTL500

В статическом анализе конструкции поворотного стола с помощью программы определяются напряжения, перемещения и деформации стола. Найденные значения сравниваются с допустимыми значениями исходя из требуемой точности.

На общую жесткость конструкции влияет множество не связанных между собой факторов, таких как жесткость подвижных стыков – подшипников и направляющих, жесткость неподвижных стыков – жесткость элементов конструкции, болтовых соединений.

Для расчета напряжений и упругих перемещений поворотного стола под влиянием действующих нагрузок составлена схема нагружения конструкции в процессе торцевого фрезерования четырех площадок детали. Для выявления характера зависимости упругих перемещений от действующих нагрузок расчет выполняется при различных силах резания, соответствующих торцевому фрезерованию литейной стали 35Л с подачей S = 0,15 мм/зуб, требуемой глубиной резания t = 1,5 мм при скорости резания 150 м/мин.

Фиксация основания стола осуществляется ограничениями по нижней плоскости. Действия сил резания моделируются приложением дистанционной нагрузки к обрабатываемой поверхности детали. Подшипниковый редуктор в расчетной схеме представлен в виде осевой и радиальной жесткости приводной опоры и задается через упругую связь (пружину) между поверхностью корпуса и фланцем поворотной части. Подшипники задней опоры и подшипники стола в модели показаны в виде внутреннего и наружного кольца и представлены радиальной и осевой жесткостью аналогично. Вращающий момент с учетом редукции прикладывается к фланцу поворотной части в приводной опоре и к планшайбе в столе.

В данной расчетной схеме учтены материалы всех основных элементов конструкции, массовые характеристики всех элементов конструкции, а также сила тяжести, действующая на представленный узел.

Для расчета напряженно-деформированного состояния строится конечно-элементная модель и выполняется расчет.

Все данные о материалах деталей (объем, масса, свойства), значениях, направлениях и местах приложения сил, видах примененных соединений, представлены ниже в виде таблиц.

Таблица 3.1 – Материалы деталей

№	Элемент	Материал	Масса, кг	Объем, м³
1	Корпус под редуктор	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	186.154	0.0258547
2	Фланец	Сталь 3 ГОСТ 14637–89	15.0812	0.00193349
3	Фланец	Сталь 3 ГОСТ 14637–89	20.0765	0.00257391
4	Кольцо	Сталь 40Х ГОСТ 4345–74	20.0035	0.00256455
5	Вал-центратор	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	1.85008	0.00023719
6	Планшайба	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	35.4768	0.00492733
7	Корпус задней опоры	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	134.655	0.0187021
8	Фланец	Сталь 3 ГОСТ 14637–89	16.1839	0.00207486
9	Кольцо наружное	Сталь ШХ15 ГОСТ 801–78	1.21687	0.000158035
10	Кольцо внутреннее	Сталь ШХ15 ГОСТ 801–78	1.05895	0.000137526
11	Вал	Сталь 40Х ГОСТ 4345–74	5.86913	0.000752453
12	Планшайба задней опоры	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	20.0915	0.00279048
14	Центратор	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.72288	9.2677e-005
15	Кольцо подпланшайбу	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	7.95717	0.00102015
16	Кольцо	Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543–71	3.05427	0.000396658
17	Корпус стола	Высокопрочный чугун ВЧ40ГОСТ 7293–85	321.012	0.044585
19	Вал	Сталь 40Х ГОСТ 4345–74	4.7632	0.000610667
20	Планшайба стола	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	90.5765	0.0125801
21	Корпус двигателя	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	38.1533	0.00529906
22	Кольцо внутреннее	Сталь ШХ15СГ ГОСТ 801–78	11.689	0.00151805
23	Кольцо наружное	Сталь ШХ15СГ ГОСТ 801–78	14.1212	0.00183393
24	Планшайба	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	68.6031	0.00952821
25	Плита	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	30.7453	0.00427019
26	Деталь	Литая углеродистая стальГОСТ 977–88	20.3644	0.00261082
27	Стакан	Сталь 40Х ГОСТ 4345–74	1.08912	0.00013963
28	Прихват	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.769769	9.86883e-005
29	Опора	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.153153	1.9635e-005
30	Опора-винт	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.0401627	5.14907e-006
31	Стойка	Сталь 40Х ГОСТ 4345–74	0.528102	6.77054e-005
32	Клин	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	0.541559	7.52166e-005
33	Корпус	Серый чугун СЧ20ГОСТ 1412–85	1.5876	0.0002205
34	Винт	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.0283933	3.64017e-006
35	Гайка	Сталь 45 ГОСТ 1050–88	0.027981	3.58731e-006

Таблица 3.2 – Нагрузки и ограничения

Ограничение/нагрузка	Описание
Крепление	Лишение всех степеней свободы мест крепления основания по оси Y.
Вращающий момент	Вращающий момент 650 Нм приложен к фланцу поворотной части относительно выбранной исходной точки, по оси, вращающий момент 550 Нм приложен к планшайбе поворотного стола.
Сила тяжести	Сила тяжести относительно плоскости «Сверху» с гравитационным ускорением 9.81 м/с².
Дистанционные нагрузки	Прямой перенос сил резания к месту обработки.

Таблица 3.3 – Определение соединителей