Лимаренко О.М., Соболевський О.Я.

Одеський національний політехнічний університет

Дослідження напружено-деформованого стану порталу агрегатного верстата 2560ПМФУ

В сучасних умовах велику значимість в машинобудуванні здобувають питання підвищення точності і продуктивності верстатного парку при одночасному зниженні матеріалоємності устаткування. Рішення цих задач пов'язано з пошуками нових конструктивних форм і удосконаленням існуючих. Сучасний стан обчислювальної техніки і, що особливо важливо, наявність розвиненого програмного забезпечення дозволяють практично вирішувати ті питання, що раніше були позначені тільки в теоретичному плані.

Донедавна при проектуванні деталей металорізальних верстатів переважно використовувалися спрощені розрахункові схеми, в яких реальні конструкції представлялися у вигляді найпростіших балочних і пластинчастих моделей. Широко застосовувалися емпіричні рекомендації, отримані шляхом узагальнення досвіду роботи існуючих верстатів. Такий підхід є досить наближеним навіть при рішенні задач статики.

В даний час усе більш широке розповсюдження в розрахунковій практиці здобувають чисельні методи. Застосування цих методів особливо ефективно для конструкцій зі складною геометрією, з розривами фізико-механічних властивостей матеріалу, при складних граничних умовах.

В роботі досліджується портал свердлильно – фрезерно – розточувального верстата моделі 2560ПМФУ для свердління, розсвердлювання розточування фрезерування та нарізання різьб. Конструктивні елементи порталу такого верстата мають досить складну геометричну форму, значну кількість неоднорідностей – отворів, ребер жорсткості, накладок та ін.

Для дослідження напружено-деформованого стану порталу застосована система просторового моделювання SolidWorks і прикладний пакет CosmosWorks. Початковим етапом в аналізі будь-яких конструкцій, у тому числі і корпусних деталей металорізальних верстатів, є побудова геометричної моделі. Основою геометричної моделі любого проекту в SolidWorks являється твердотіла деталь, що дозволяє відобразити форму і розміри конструкції. У сучасних CAD-системах об'ємні геометричні моделі є основним засобом опису конструкції і використовуються як база для випуску конструкторської документації.

Система сил що діють при обробці матеріалів різанням, може бути зведена до єдиної рівнодіючої сили. Величина цієї сили складається з її складових: P_z – сила різання, що діє в площині різання в напрямку головного руху; Р_у – радіальна складова, яка діє перпендикулярно до вісі інструменту (при свердлуванні або фрезеруванні); P_x – сила подачі, що діє в напрямку подачі. Сили P_z, Px, Ру впливають на умови роботи верстата, інструменту та приспособи, точність обробки поверхні та ін. Навантаження, що діють на корпусні деталі, є розподіленими й у розрахунковій схемі їх небажано заміняти зосередженими силами.

У розрахунковій схемі несучої системи (порталу) верстата 2560ПМФУ статичне навантаження прикладалося до каретки (рис.1) в напрямку сили різання P_z=20 кН і радіальної складової P_у=7 кН, з урахуванням таких умов:

· каретка закріплена до поперечки жорстко без урахування контактних деформацій;

· стійки з поперечиною з'єднані жорстко;

· характер розподілу сил у розрахунковій схемі якісно відповідає характеру розподілу сил у реальній конструкції.

Рис.1. Схематизація каретки

На основі аналізу роботи реальних конструкцій металорізальних верстатів, можна перелічити основні варіанти умов закріплення корпусних деталей:

· установка стійок на фундамент;

· з'єднання корпусних деталей з використанням жорстких зв'язків.

З метою запобігання зміни просторового положення стійок, до їх основи прикладаються обмеження осьових переміщень у напрямках осей X, Y, Z,

Як відомо, основною задачею статичного розрахунку корпусних деталей металорізальних верстатів є визначення пружних переміщень (жорсткості) в характерних перетинах. Епюри переміщень в порталі, отримані в результаті розрахунку в прикладному пакеті CosmosWorks наведені на рис.2

Переміщення в напрямку дії сили Pz	Переміщення в напрямку дії сили Pу

Рис.2. Поля переміщень в порталі

Аналіз деформованого стану порталу дозволяє зробити наступні висновки. Жорсткість порталу забезпечена, так як максимальне значення переміщень складає 70,44 мкм, що значно менше допустимого [f] = 140 мкм. Зауважимо, що розрахунок з використанням сучасних програмних пакетів забезпечує застосування більш раціональних і економічних конструктивних рішень, що сприяє економії матеріалу, і як наслідок – зниження собівартості виробу.

Література:

1. Баженов В.А., Дащенко А.Ф., Коломиец Л.В., Оробей В.Ф., Сурьянинов Н.Г. /Численные методы в механике. — Одесса, «СТАНДАРТЪ», 2005. — 563 с.