Зависимость деформации ползуна и точности обработки на многоцелевом станочном комплексе серии VM

Станкостроение играет роль мультипликатора в экономике любого государства, так как его продукция предназначена для производства средств производства.

В настоящее время Российская промышленность оснащена устаревшим оборудованием, 85% заводов имеют станки 1930;60 годов выпуска, поэтому предприятия производящие машиностроительную продукцию остро нуждаются в техническом перевооружении.

Исследования посвящены вопросам модернизации металлообрабатывающего оборудования.

На сегодняшний день все большее внедрение в производство находят станочные комплексы позволяющие выполнять большое количество операций без переустановки заготовки.

Кинематика многоцелевых станочных комплексов — основной аспект при изготовлении и обработке сложных крупногабаритных деталей весом до 100 тонн, так как обработка крупногабаритных и массивных деталей влечет возникновению значительных инерционных моментов в станочных комплексах, что может привести к браку заготовки и поломке инструмента.

При металлообработке крупногабаритных деталей жесткость является важнейшим фактором влияющим на точность изготовления и позиционирование исполнительных органов, таких как ползун многоцелевого станочного комплекса серии VM [1], относящегося к VI технологическому укладу.

Нагружение ползуна представлено на рисунке 1. На деформацию ползуна влияет различный ряд внешних и внутренних сил при различных режимах обработки, одна из этих сил — сила резания R [1, 2, 3], которая раскладывается на тангенциальную P_z, радиальную P_x и осевую P_y.

В многоцелевом станочном комплексе VM32 применяется ползун квадратной формы сечения 250×250мм с отверстием по центру диаметром 200 мм для сверлильно — фрезерного привода. По расчетам для квадратного сечения ползуна [4] прогиб y=450мкм, угол наклона упругой линии ?=0,025 град. и угол закручивания ц=0,0038 град. при чистовой обработке.

Рисунок 1 — Схема деформации ползуна.

Задача определить зависимость деформации ползуна и точности изготовления при различных видах обработки.

При расчетах деформации ползуна учитывают два отдельных его участка [1, 4, 5, 6] первый — консольная часть длинной L, а второй — часть закрепленная в суппорте размером Н (рис. 1). Нагрузку на ползун в каждой из главных плоскостей изгиба можно представить в виде сосредоточенной силы Р и изгибающего момента М в точке С ползуна, кроме этого в следствии несовпадения вершины резца с осью ползуна h дополнительно действует крутящий момент Т_кр.

С целью моделирования в процессе нагружения ползуна воспользуемся программой Autodesk Inventor. Autodesk Inventor — мощный программный продукт для автоматизированного проектирования. Эта программа позволяет анализировать напряжение, деформацию, вибрацию, а также тепловую деформацию в деталях и сборках.

Исследуем три разных сечения ползуна (квадратное, прямоугольное и профильное), при наибольшем вылете рабочей части ползуна (L=2780 мм) из суппорта и получистовой обработке при силе резания P_z.

Первый вариант с применением квадратной формы сечения ползуна 250×250 мм и отверстием по центру диаметр 202 мм.

Рисунок 2 — Расчетная модель ползуна квадратной формы сечения 250×250 мм.

Цветная палитра позволяет определить места наиболее нагруженных и опасных участков в ползуне. По результатам расчета в программе Autodesk Inventor получаем значения смещения (прогиба), которые представлены выше. По полученным результатам расчета можно увидеть, что максимальное смещение (прогиб) составил 0,4549 мм.

Во втором варианте с применением прямоугольной формы сечения ползуна 250×280 мм и отверстием по центру диаметр 202 мм.

Рисунок 3 — Расчетная модель ползуна прямоугольной формы сечения 250×280 мм.

Цветная палитра позволяет определить места наиболее нагруженных и опасных участков в ползуне. По результатам расчета в программе Autodesk Inventor получаем значения смещения (прогиба), которые представлены выше. По полученным результатам расчета можно увидеть, что максимальное смещение (прогиб) составил 0,3185 мм. В третьем варианте с применением профильной формы сечения ползуна 250×280 мм и отверстием по центру диаметр 202 мм. металлообработка деформация ползун Рисунок 4 — Расчетная модель ползуна профильной формы сечения 250×280 мм.

Цветная палитра позволяет определить места наиболее нагруженных и опасных участков в ползуне. По результатам расчета в программе Autodesk Inventor получаем значения смещения (прогиба), которые представлены ниже.

Рисунок 5- Результаты расчета смещения (прогиба) ползуна профильной формы сечения 250×280 мм.

По полученным результатам расчета можно увидеть, что максимальное смещение (прогиб) составил 0,2336 мм.

Применив полученные данные по расчету ползуна в программе Autodesk Inventor рассчитаем податливость и прогиб ползуна прямоугольной формы сечения при различных силах резания и вылетах [7]. Параметры для расчета и первый вариант расчета приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 — Расчет ползуна, вариант № 1.

По данным расчета получим зависимость податливости ползуна от его вылета.

Рисунок 7 — Зависимость податливости ползуна от его вылета по оси х и оси у, первый вариант.

По данным расчета получим зависимость смещения (прогиба) ползуна от его вылета Рисунок 7 — Зависимость прогиба (смещения) ползуна от его вылета по оси х и оси у, первый вариант.

Параметры для расчета и второй вариант расчета приведены на рис. 9.

Рисунок 9 — Расчет ползуна, вариант № 2.

По данным расчета получим зависимость податливости ползуна от его вылета.

Рисунок 10 — Зависимость податливости ползуна от его вылета по оси х и оси у, второй вариант.

По данным расчета получим зависимость смещения (прогиба) ползуна от его вылета Рисунок 11 — Зависимость прогиба (смещения) ползуна от его вылета по оси х и оси у, второй вариант.

По полученным данным в расчетах податливости и прогиба ползуна при различных вылета и силах резания можно построить диаграмму допускаемых усилий резания от вылета ползуна (рис. 12).

Диаграмма дает нам допустимую область, в которой будет достигаться заданная точность при обработке.

Рисунок 12 — Диаграмма допускаемых усилий резания от вылета ползуна Изготовление ползуна очень кропотливый и трудоемкий процесс. Первоначально заготовку отливают нужной формы и подвергают определенной термообработке, после заготовка подвергается кузнечно — прессовой операции, обретая окончательную форму, затем путем последовательных операций сверления, растачивания и протяжки в сечении ползуна проделывают отверстие нужного диаметра и ступеней для сверлильно — фрезерного привода. Из трех рассмотренных вариантов мы видим что третий вариант наиболее благоприятен и менее податлив деформации при обработке заготовки в токарном режиме, но изготовление такого профиля пока не имеет возможности, поэтому мы остановимся на втором варианте с прямоугольным профилем сечения 250×280 мм и отверстием 202 мм.

• 1. Бережной С. Б., Влияние деформации ползуна многоцелевого станочного комплекса серии VM на точность обработки / Бережной С. Б., Чумак П. В. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. — Краснодар: КубГАУ, 2015. — № 111(07). — IDA [article ID]: 1 171 603 073. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2015/07/pdf/55.pdf.
• 2. Руководство по эксплуатации станочного многофункционального комплекса VM 32, ООО «СП Седин-Шисс» 2008 г.
• 3. Барановский Ю. В., Режимы резания металлов. Справочник. — М.: Машиностроение, 1972. — 497 с.
• 4. Чумак П. В., Технологические возможности многоцелевых станочных комплексов серии VM; С. Б. Бережной, П. В. Чумак; Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник) № 3 2014г., г. Краснодар Издательский Дом — Юг,. с. 61−67
• 5. Каминская В. В., Левина З. М., Решетов Д. Н. Станины и корпусные детали металлорежущих станков: Москва 1960.
• 6. Решетова Д. Н. Детали и механизмы металлорежущих станков. В 2-х т.- М.: Машиностроение, 1972. 66З с.
• 7. Левина З. М. Расчет и выбор конструктивных параметров направляющих качения: Руковод. материалы.- М.: ЭНИМС, I96I.-104 с.