Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 33 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ дополнительно уменьшить массу конструкции при со- хранении ее работоспособности. При проведении веро- ятностных расчетов конструкции необходимо учитывать в ограничениях задачи проектирования технологические требования, в частности литейные условия, определяю- щие минимальную толщину стенки. Появляющиеся при этом резервы по жесткости конструкции (27 %) указыва- ют на поиск дополнительных конструкторских решений по улучшению ее компоновки. В. Динамика . Динамический анализ системы проводится в два этапа: • определяется спектр собственных частот и форм колебаний; • исследуются вынужденные установившиеся ко- лебания несущей системы под действием гармониче- ских нагрузок, возникающих при чистовом фрезеро- вании в типовых условиях эксплуатации. На систему с частотой вращения ω шпинделя действует сила резания F ( t ) = F sin ω t , а также им- пульсное возмущение с частотой ω ф = ω z /2π ( z − чис- ло зубьев фрезы), связанное с входом и выходом зубьев фрезы в зоне резания. На столе находится об- рабатываемая деталь массой 200 т. Рис. 9. Динамическая модель несущей системы многоцелевого станка Для оценки динамических свойств несущей системы станка используется балочная модель с распределенными параметрами (рис. 9). Несущая система рассматривается как пространственная стержневая конструкция с упругими соединения- ми по концам стержней. Несущие конструкции моделируются стержнями или сосредоточенны- ми массами, а стыки – упругими связями в узлах. Несущая система станка (рис. 7) моделируется 27 стержнями, 1 сосредоточенной массой, име- ет 31 узел, 15 опор, 3 стыка. Шпиндельная бабка моделируется стержнями 1–2,…, 5–6. Стойка мо- делируется стержнями 7–12,…, 14–15, стык 4–12 соответствует соединению шпиндельной бабки со стойкой. В узле 15 располагается стык, отвечаю- щий за соединение стойки со станиной, которая моделируется стержнями 15–16,…,21–23. Стол мо- делируется сосредоточенной массой 31, станина – стержнями 24–26,…, 29–30, соединение стола со станиной − стыком 30–31. В расчётах приведенная жёсткость несущих кон- струкций для динамической модели определяется из условия равенства максимальных перемещений дан- ной конструкции, рассматриваемой как тонкостен- ная пространственная конструкция и как стержень сплошного поперечного сечения. Сравнительные динамические расчеты (табл. 3) показали, что качество несущей системы с оптималь- ными конструкциями в основном выше, чем у се- рийного варианта (выделены две формы колебаний, наиболее близкие к резонансной). Снижена податли- вость по оси y на 30 % и масса станка на 14,5 %. Если учесть, что при проектировании станка перемеще- ние в зоне резания по оси y является лимитирующим (табл. 1), а перемещения по другим осям меньше допускаемых, то данный вариант несущей системы является достаточно хорошим для принятой систе- мы предпочтений. На динамику стола существенное влияние оказывает масса обрабатываемой детали (200 т). Полученные результаты свидетельствуют об имеющихся резервах по улучшению качества проек- тирования несущих конструкций станка. Т а б л и ц а 3 Сравнительные показатели качества НС (серийная/оптимальная) Несущая система Форма колебаний Податливость по осям Масса K x K y K z Фрезерно-расточ- ной станок 1 2 0,91 1,15 1,30 1,20 1,00 1,15 1,17 Поворотно-подвиж- ный стол 1 2 1,01 1,02 1,02 1,01 1,02 1,02 1,12 Выводы 1. Технология проектирования конструкций представлена как система, обеспечивающая создание станков без избыточных возможностей, прогнозиро- вание их работоспособности в условиях интенсив- ных механических воздействий и научное обоснова- ние выбора проектных решений. 2. Рассмотренная технология рационального про- ектирования несущих конструкций тяжёлых станков позволяет (рис. 10): • на этапе расчёта компоновки станка для заданных норм производительности и точности механической обработки с учётом контактных деформаций форми- ровать граничные условия (силовые, кинематические)