ПРИМЕНЕНИЕ  CAD/CAE-СИСТЕМ  ДЛЯ  ИССЛЕДОВАНИЯ  ХАРАКТЕРИСТИК  ЖЕСТКОСТИ  НЕСУЩИХ  СИСТЕМ  МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ  СТАНКОВ

Хусаинов  Рустем  Мухаметович

канд.  техн.  наук,  доцент  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  федерального  (Приволжского)  университета,

г.  Набережные  Челны

E-mail:  rmh@inbox.ru

Ахкиямов  Дамир  Рифович

аспирант  Набережночелнинского  института  (филиала)  Казанского  федерального  (Приволжского)  университета,

г.  Набережные  Челны

E-mail: 

CAD/CAE  APPLICATION  -  SYSTEMS  FOR  RESEARCH  OF  CHARACTERISTICS  OF  RIGIDITY  OF  BEARING  SYSTEMS  OF  METAL-CUTTING  MACHINES

Khusainov  Rustem  Mukhametovich

candidate  of  Technical  Sciences,  associate  professor  of  the  NaberezhnyeChelny  institute  (branch)  of  the  Kazan  federal  (Volga)  university,

Naberezhnye  Chelny

Akhkiyamov  Damir  Rifovich

graduate  student  of  the  Naberezhnye  Chelny  institute  (branch)  of  the  Kazan  federal  (Volga)  university,

Naberezhnye  Chelny

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматривается  выявление  главных  осей  жесткости  с  помощью  средств  трехмерного  моделирования.  Результатом  такого  подхода  является  снижение  трудоемкости  и  материальных  затрат  по  сравнению  с  экспериментальными  исследованиями;  повышение  качества  изготовления  деталей 

ABSTRACT

In  article  identification  of  the  main  axes  of  rigidity  by  means  of  means  of  three-dimensional  modeling  is  considered.  Result  of  such  approach  is  decrease  in  labor  input  and  material  inputs  in  comparison  with  pilot  studies;  improvement  of  quality  of  production  of  details  input  and  material  inputs  in  comparison  with  pilot  studies;  improvement  of  quality  of  production  of  details

Ключевые  слова:  несущая  система;  жесткость;  деформация.

Keywords:  bearing  system;  rigidity;  deformation.

Одной  из  главных  задач  при  обработке  изделий  является  обеспечение  условий,  для  получения  детали  с  минимальными  погрешностями  размеров  и  формы,  т.  е.  отсутствия  отклонений  от  заданных  номинальных  положений  инструмента  и  заготовки.  Такие  отклонения  возникают  как  результат  различных  внешних  воздействий  на  технологическую  систему  станка.

Согласно  [1],  несущая  система  имеет  центр  жесткости  и  если  внешние  воздействия  проходят  через  этот  центр,  то  отклонение  положений  заготовки  и  инструмента  определяются  деформациями  только  по  главным  осям  жесткости.  Существуют  ось  максимальной  жесткости,  вдоль  которой  наблюдаются  минимальные  деформации,  при  действии  нагрузок,  и  ось  минимальной  жесткости,  вдоль  которой  наблюдаются  максимальные  деформации,  при  действии  нагрузок.  Эти  оси  взаимно  перпендикулярны.

Таким  образом,  для  достижения  минимальных  деформаций  и  устойчивости  технологической  системы  необходимо,  чтобы  вектор  равнодействующей  силы  резания  был  ка  можно  ближе  к  оси  максимальной  жесткости.  Для  этого  нужно  определить  направление  главных  осей  жесткости.

Определить  ось  максимальной  жесткости  можно  по  следующим  условиям:

·     вдоль  этой  оси  наблюдаются  минимальные  деформации

·     направление  вектора  деформации  полностью  совпадает  с  направление  вектора  сил.

Традиционно  определение  направление  осей  жесткости  происходит  экспериментальным  путем,  а  это  сопровождается  высокой  трудоемкостью  и  материальными  затратами.

Применение  средств  трехмерного  моделирования  и  инженерного  анализа  (CAD/CAE-системы)  для  исследования  деформаций  несущей  системы  в  значительной  степени  поможет  избавиться  от  вышеуказанных  недостатков.

Для  достижения  поставленной  цели  было  применено  программное  обеспечение  Solid  Edge  ST5  от  компании  Siemens  PLM  Software.  В  этом  программном  обеспечении  была  сконструирована  3D  модель  зуборезного  станка  5П23А,  предназначенного  для  нарезания  конических  колес  с  круговым  зубом.  Данную  модель  сконструировали  путем  сборки  трехмерных  моделей  базовых  деталей  станка  с  учетом  характера  соединений.  Была  выполнена  имитация  установки  станины  на  трех  опорах.  Также  была  построена  конечно-элементная  сетка  для  анализа  статических  упругих  деформаций  системы.

Рисунок  1.  Расчетная  трехмерная  модель  несущей  системы  зуборезного  станка

Были  приложены  равнодействующие  силы  резания  к  заготовке  и  инструменту  в  точке  их  условного  контакта  (резания)  и  выполнена  симуляция  нагружения  модели  несущей  системы  этими  силами.  Суть  вычислительного  эксперимента  заключалась  в  том,  что  вектор  равнодействующей  сил  резания  поворачивали  на  20˚(от  90˚  до  –90˚)  вокруг  условной  точки  резания  и,  используя  функцию  «Проба»,  определяли  значение  и  направление  деформаций  при  каждом  угле  поворота.  Этот  эксперимент  проводился  в  горизонтальной  и  вертикальной  плоскостях  в  отдельности  для  ветви  инструмента  и  ветви  заготовки.

По  условиям,  определяющим  ось  максимальной  жесткости,  которые  были  указаны  ранее,  выявили  оси  максимальной  (j_max)  и  минимальной  (j_min)  жесткости.

Рисунок  2.  Нагрузки  и  деформации  в  вертикальной  плоскости

Итог  проделанного  исследования:  определить  главные  оси  жесткости  возможно  средствами  трехмерного  моделирования  и  конечно-элементного  анализа,  что  дает  возможность:

·Значительно  снизить  недостатки,  которые  сопровождают  экспериментальные  исследования.

·Повысит  качество  изготавливаемых  зубчатых  колес,  путем  обеспечения  направления  равнодействующей  силы  резания  как  можно  ближе  к  оси  максимальной  жесткости,  а  это,  в  свою  очередь,  достигается  изменением  схемы  резания,  компоновки  оснастки  и,  при  возможности,  компоновки  несущей  системы.

Список  литература:

1. Кудинов  В.А.  Динамика  станков.  М.:  Машиностроение,  1967  —  360  с.