Студ. Брезіцький С.М.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Україна

Визначення пружних характеристик системи «різець-супорт» токарного верстата 1К62 методом скінченних елементів

Підвищення вібростійкості токарної обробки є важливим питанням сучасного машинобудування. Вібростійкість верстата та висока жорсткість забезпечує підвищення якості оброблюваних поверхонь, стійкості інструменту, продуктивності, а також дозволяє використовувати швидкорізальний та твердосплавний інструменти. Крім того, підвищується довговічність і надійність верстата. Забезпечення вібростійкості верстата повинне проводитися на стадії проектування. Вібростійкість верстата при різанні характеризує його здатність опору виникненню відносних коливань інструмента та оброблюваної деталі, що зумовлені самим процесом різання та зовнішнім збуренням. Отже, підвищення вібростійкості верстата дозволяє збільшити режими різання при допустимому рівні відносних коливань деталі та інструменту.

Серед відомих методів підвищення вібростійкості верстатів при різанні виділимо наступні: 1) забезпечення раціональних значень пружних параметрів системи супорту верстата, такі як орієнтація головних осей жорсткості та співвідношення коефіцієнтів максимальної та мінімальної жорсткостей; 2) забезпечення умови додатного значення статичної характеристики системи інструменту та деталі, що призводило би до пружного віджиму інструменту від оброблюваної поверхні деталі при збільшенні сили різання; 3) покращення динамічних показників якості формоутворюючих вузлів верстата за рахунок зменшення їх мас та підвищення демпфування в системі верстата. За Кудіновим В.А., приведена жорсткість спрощено відображає властивості складної пружної системи з розподіленими параметрами, а саме діаграма жорсткості надає змогу виділити основні вісі жорсткості та їх кут розвороту відносно загальних осей координат. Для забезпечення вібростійкості системи супорту верстата її жорсткість повинна бути більшою в напрямку дії сили різання. Тому актуальним питанням є дослідження жорсткості пружної системи «різець-супорт» верстата 1К62 в площині YOZ з метою модернізації та підвищення вібростійкості.

В даній роботі були проведені експериментальні дослідження щодо визначення жорсткості пружної системи «різець-супорт» верстата 1К62 в дванадцяти напрямках, за даними яких була побудована експериментальна кругова діаграма жорсткості (рис.2). Для уточнення достовірності отриманої експериментальної характеристики, використовуючи можливості сучасних обчислюваних технологій, а саме систему Autodesk Inventor 2012, була розроблена складальна модель «різець-супорт» верстата 1К62 (рис.1), за допомогою якої теоретично визначалася жорсткість пружної системи в дванадцяти напрямках в площині YOZ (рис.3). Підготовлена скінченно-елементна модель верстата, при вирішенні контактної крайової задачі, дає змогу визначити деформації у вузлах конструкції, та їх вплив на переміщення вершини різця відносно вісі шпинделя в площині.

Складальна модель «різець-супорт» була побудована у відповідності до розмірів і матеріалів, що відповідають даним паспорта верстата. Внаслідок розрахунків було визначено пружне зміщення жорсткої частини різцетримача відносно вісі деталі при навантаженні. Розрахунки складальної моделі були проведені в двох положеннях: на відстані 20мм від вісі шпинделя та на відстані 110мм (рис.3), при дії сили на різець в 1кН. В даній моделі враховується контактна жорсткість в нормальному напрямку величиною 180 Н/мкм яка визначена за методом Левіної З.М. «Контактная жесткость машин» 1971р.

Розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними зумовлена відносною неточністю проведення експерименту, а також можливою зношеністю контактних напрямних та накладок. Проте виявлено, що діаграма жорсткості має більш виражену еліптичну форму, що дозволяє чітко виділити напрямки головних осей приведеної жорсткості.

Рис. 1. Складальна скінченно-елементна модель пружної системи «супорт-різцетримач» в системі Autodesk Inventor 2012

Рис. 2. Експериментальний стенд та діаграма кругової жорсткості системи «супорт-різцетримач» токарного верстата 1К62

а) б)

Рис.3. Розрахункова діаграма жорсткості «супорт-різцетримач» при навантаженні 1кН, а) на відстані 110мм від вісі шпинделя; б) на відстані 20 мм від вісі шпинделя

Для підвищення вібростійкості можна рекомендувати використання на даному верстаті спеціальних різцетримачів з орієнтованою жорсткістю, що дозволить раціонально зорієнтувати вісі жорсткості системи «різець-супорт» відносно напрямку сили різання, без зміни конструкції супорта верстата. Подібні конструкції спеціального інструментального токарного оснащення розробляються на кафедрі «Конструювання верстатів та машин».