Анализ конструкции поворотных столов, применяемых в мехатронных станках (стр. 5 из 6)
Если рассмотреть перемещения при различных усилиях резания, то получаем следующие данные, представленные в таблице 3.13.
Таблица 3.13 – Упругие перемещения при различных режимах резания, мкм.
| Режимы резания | Возникающие перемещения, мкм |
| PX =1105 НPY =884 НPZ =2210 Н | 41,78 |
| PX =928 НPY =742 НPZ =1855 Н | 38,48 |
| PX =691 НPY =553 НPZ =1380 Н | 33,07 |
Из таблицы упругих перемещений при различных нагрузках видно, что при меньших силах резания возникающие перемещения уменьшаются, и основным фактором, влияющим на отклонение расчетной точки, является невысокая жесткость пары радиально-упорных подшипников задней бабки.
Расчет нормальных деформаций при наибольших силах резания показывает, что максимальные деформации возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Также при приложении нагрузки заметна деформация плиты, на которой установлена обрабатываемая деталь.
Таблица 3.14 – Результаты исследования деформаций
| Тип | Возникающие деформации |
| ESTRN: Эквивалентная деформация | 1,568e – 004 |
| EPSX: Нормальная деформация по оси X | 3,209e – 004 |
| EPSY: Нормальная деформация по оси Y | 1,209e – 004 |
| EPSZ: Нормальная деформация по оси Z | 0,749e – 004 |
Таким образом, результаты исследований в среде SolidWorks Simulation показали, что наибольшие напряжения и деформации испытывает поверхность детали, к которой непосредственно приложены усилия резания, а наибольшие перемещения – поверхность плиты со стороны приложения нагрузки.
Конструкция поворотного стола в целом обеспечивает небольшой необходимый запас по прочности. Слабым звеном конструкции является плита, на которой устанавливается деталь. Она испытывает довольно большие напряжения и значительно деформируется. Замена материала плиты на более прочный и увеличение числа ребер жесткости позволит уменьшить влияние нагрузок на плиту. Также необходимо пересмотреть конструкцию задней бабки, так как наибольшая точность обработки обеспечивается при небольших силах резания. Это в свою очередь накладывает ограничение на использование прогрессивных режимов резания при необходимости уменьшения времени обработки.
3.3 Анализ жесткости новой конструкции стола CNC200R
В ходе анализа напряженно-деформированного состояния поворотного стола CNC200Rбыло выявлено, что базовый вариант вследствие недостаточной жесткости не обеспечивает требуемую точность обработки детали при высоких усилиях резания.
Для улучшения показателей по напряжениям, перемещениям и деформациям предлагается:
а) пересмотреть конструкцию задней бабки и заменить пару радиально-упорных подшипников серии 46114 на пару радиально-упорных подшипников серии 46115 большего типоразмера с целью повышения жесткости и увеличения натяга между кольцами подшипника;
б) заменить материал плиты серый чугун СЧ20 на материал высокопрочный чугун ВЧ42 с лучшими прочностными характеристиками;
в) оптимизировать конструкцию плиты по критериям жесткости, увеличив количество и размер ребер жесткости.
Расчет оптимизированной конструкции выполнен также в среде SolidWorks Simulation 2009. В новой конструкции жесткость пары радиально-упорных подшипников задней бабки составляет: радиальная – 1,89е+008Н/м; осевая –1,36е+008 Н/м. Материал плиты – серый чугун СЧ20 заменяем на высокопрочный чугун ВЧ42 с лучшими прочностными и упругими характеристиками.
Эпюра эквивалентных напряжений представлена на рисунке 3.11. Действующие напряжения растяжения-сжатия приведены в таблице 3.15.
Таблица 3.15 – Результаты исследований эквивалентных напряжений
| Тип | Возникающие напряжения, Н/м2 | Предел прочности Н/м2 |
| VON: Напряжение Von Mises | 1,89e+7 | 4,83e+8 |
| SX: Нормальное напряжение X | 2,23e+7 | 4,83e+8 |
| SY: Нормальное напряжение Y | 1,55e+7 | 4,83e+8 |
| SZ: Нормальное напряжение Z | 1,01e+7 | 4,83e+8 |
Рисунок 3.11 – Эпюра эквивалентных нормальных напряжений
Эпюра упругих перемещений представлена на рисунке 3.12. Перемещения по осям приведены в таблице 3.16.
Таблица 3.16 – Результаты исследования перемещений
| Тип | Возникающие перемещения, м |
| URES:Результирующее перемещение | 2,019e – 005 |
| UX: Перемещение X | 1,771e – 005 |
| UY:Перемещение Y | 1,169e – 005 |
| UZ:Перемещение Z | 1,247e – 005 |
Рисунок 3.12 – Эпюра упругих перемещений
Эпюра эквивалентных деформаций представлена на рисунке 3.13. Перемещения по осям приведены в таблице 3.17.
Таблица 3.17 – Результаты исследования деформаций
| Тип | Возникающие деформации |
| ESTRN: Эквивалентная деформация | 7,118e – 005 |
| EPSX: Нормальная деформация по оси X | 4,818e – 005 |
| EPSY: Нормальная деформация по оси | 4,751e – 005 |
| EPSZ: Нормальная деформация по оси Z | 5,85e – 005 |
Рисунок 3.13 – Эпюра эквивалентных нормальных деформаций
По полученным результатам исследований можно сделать следующие выводы:
Максимальные напряжения растяжения / сжатия для новой конструкции поворотного стола CNC200R меньше,чемдля базовой конструкции:
1,89e+007 Н/м2 < 4,29e+007 Н/м2.
Максимальные перемещения для новой конструкции поворотного стола CNC200R меньше,для базовой конструкции:
2,019е-005 м< 4,178е-005 м.
Максимальные деформации для новой конструкции поворотного стола CNC200R меньше,для базовой конструкции:
7,118е-005 < 1,568е-004.
Следовательно, по полученным результатам можно сделать выбор в пользу новой конструкции поворотного стола CNC200R, так как у нее получились меньшие значения максимальных эквивалентных напряжений, перемещений и деформаций. Новый вариант конструкции обладает большей жесткостью и обеспечивает требуемую точность обработки детали.
4. Анализ точности базовой и новой конструкции стола CNC200R
Проектирование станков и отдельных узлов и механизмов в значительной степени подчиняется критерию точности. К этому критерию относятся точность изготовления и сохранение точности в работе. На точность обработанного изделия влияют точность опорной поверхности для базирования заготовки (плоскостность столов и приспособлений), точность движения рабочих органов (точность вращения шпинделей, точность направления перемещения столов и суппортов), точность взаимного расположения базовых поверхностей и множество других факторов.
Рассмотрим факторы, влияющие на точность обработки детали при использовании поворотного стола CNC200R.
Погрешность установки заготовки суммируется из погрешностей базирования εБ, закрепления εЗ и погрешности положения заготовки, вызываемой неточностью приспособления. Неточность поворотной плиты для установки детали, закрепляемой между поворотным столом и задней бабкой, вызывает неточность изготовления изделия. Перпендикулярность плиты относительно опор составляет 0,002 мм, перпендикулярность плиты относительно основания стола – 0,002 мм. Несоблюдение допуска перпендикулярности приведет к искривлению положения оси, что в свою очередь оказывает влияние на точность детали. Плита крепится к поворотному столу посредством планшайбы, перпендикулярность которой относительно горизонтальной оси составляет 0,005 мм. Допуск перпендикулярности положения корпуса задней бабки в вертикальном положении составляет 0,005 мм.
К отклонению в вертикальной плоскости также приведет радиальное биение шариковых радиально-упорных подшипников в задней бабке, установленных с натягом и воспринимающих радиальную нагрузку, а также радиальное и незначительное осевое биение подшипникового редуктора в столе.
Составив уравнение баланса и сложив все отклонения, влияющие на точность обработки детали, получаем:
Сравнив базовую и новую конструкцию поворотного стола CNC200R, видим что максимальное перемещение в базовой конструкции превышает полученное значение отклонения. Максимальное перемещение в новой конструкции поворотного стола составляет 0,02019 мм, что удовлетворяет полученному значению.
Выводы
1. Конструкции поворотных столов, применяемых в многоцелевых станках, отличаются по ряду признаков, к которым относятся: количество осей вращения, положение оси вращения, тип привода, тип используемой передачи, способ торможения, тип редуктора, наличие устройства смены заготовок.
Наибольшее применение на предприятии ОАО «Стерлитамак – М.Т.Е» получили столы, характеризующиеся следующими особенностями: преимущественно с вертикальной осью вращения, электромеханическим приводом, с применением подшипникового редуктора, с использованием гидравлического тормоза.
2. Моделирование поворотных столов с применением программного продукта SolidWorksSimulation 2009 показало, что двухосевой поворотный стол RTL500 характеризуется следующими отклонениями:
– максимальные напряжения растяжения / сжатия 4,69e+007Н/м2;
– максимальные перемещения составляют 3,556е-005 м;
– максимальные деформации 1,354е-004.
Отклонения поворотного стола CNC200R составляют:
– максимальные напряжения растяжения / сжатия 4,29e+007Н/м2;
– максимальные перемещения составляют 4,178е-005 м;