Page 14 - Журнал "Станочный парк"
P. 14

МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ                                                                                                                                                                             МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ
        ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ                                                                                                                                                                         ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ
                 Анализ жёсткости и несущей способности
                 Анализ жёсткости и несущей способности                                                                          в  стыках  шпинделя  и  оправки,  вы-
                   соединения HSK методом имитационного
                   соединения HSK методом имитационного                                                                          званных  внешней  нагрузкой  и  дей-
                                                                                                                                 ствием механизма зажима;
                                                                                                                                        • величина и направление уси-
               Процесс резания создаёт слож-                                        моделирования                                  лия  (Fзаж),  действующего  от  меха-
        ную  пространственную  картину  на-                                                                                      низма  зажима  на  внутренний  буртик
        гружения  соединения  HSK  силами                                  действием вытягивающих нагрузок, в                    оправки  4,  соответствуют  усилию,
        резания и закрепления оправки. Как                                 расчёт не принималось.                                развиваемому механизмом зажима
        правило, осевая составляющая силы                                         Учитывая результаты, получен-                  в  соответствии  с  рекомендациями
        резания обеспечивает прижим оправ-                                 ные в [2], следует считать такой под-                 стандартов  ISO  12164-1:2001  и  ISO
        ки к шпинделю и не нарушает рабо-                                  ход  односторонним.  Для  понимания                   12164-2:2001;
        тоспособность  соединения,  поэтому                                физических  явлений,  приводящих  к                          • коэффициент трения в стыках
        наибольший интерес для оценки экс-                                 отказам  в  работе  соединения,  и  ха-               оправки  и  шпинделя  принят  равным
        плуатационных  возможностей  HSK                                   рактера  отказов,  следует  провести                  0,2  (контакт  стальных  поверхностей
        представляют  радиальная  составля-                                исследования поведения соединения                     при отсутствии смазки);
        ющая и создаваемый ею момент.                     при  разных  по  величине  радиальных  нагрузках,                             •  напряжённо-деформированное  со-
               Отказ  инструментального  сое-             приложенных  на  разном  расстоянии  от  плоского                      стояние  конструкции  симметрично                   ции  позволяет  построить  адекватную  матема-
        динения HSK происходит при превы-                 кольцевого стыка.                                                      относительно  плоскости  приложения                 тическую  модель,  одновременно  сократив  её
        шении предельно допустимой нагруз-                       В  связи  с  тем,  что  экспериментальное  на-                  внешней радиальной нагрузки.                        размерность в два раза. Соответственно, величи-
        ки  и  сопровождается  недопустимым               блюдение  эффектов,  перечисленных  выше,  за-                                • При построении конечно-эле-                на  внешних  сил  должна  быть  уменьшена  в  два
        перемещением оправки относительно                 труднено, исследование проводилось в среде ко-                         ментной  модели  были  использованы                 раза,  а  при  анализе  результатов был  выполнен
        шпинделя, существенным снижением                  нечно-элементного           моделирования          Simulation,         следующие возможности Simulation:                   обратный переход к полной конструкции. Крити-
        жёсткости  соединения  при  резании,              интегрированной в CAD систему SolidWorks. Ниже                                • для построения сетки исполь-               ческая нагрузка (Fкр), определяющая момент по-
        возникновением  остаточных  дефор-                описана  методика  построения  математических                          зовались  конечные  элементы  –  те-                тери работоспособности, зависит как от внешних
        маций.  Признаками  начинающегося                 моделей  и  обработки  результатов  для  систем                        траэдры  с  функцией  формы  второго                факторов (F и L), так и от сочетания допусков на
        отказа могут служить:                             HSK-A40, HSK-A63 и HSK-A100.                                           порядка;                                            геометрические размеры присоединительных по-
               •  радиальное  перемещение                        При  выборе  расчётной  схемы  (см.  рис.  1,а)                        • стыки описывались специаль-                верхностей оправки и шпинделя. Исходные дан-
        фланца  оправки  относительно  кон-               были учтены следующие особенности функциони-                           ными конечными элементами, учиты-                   ные для оценки влияния точности изготовления
        тактирующей с ним торцевой поверх-                рования элементов конструкции:                                         вающими возможность выхода сопря-                   оправки  и  шпинделя  на  величину  Fкр  соедине-
        ности шпинделя под действием пере-                       • возможность раскрытия стыков шпинделя 1                       жённых  поверхностей  из  контакта  и               ния были взяты из ГОСТ Р 51547-2000 и ГОСТ Р
        резывающей нагрузки в стыке [1];                  и оправки 2 под нагрузкой;                                             трение между ними;                                  51726-2001. В зависимости от комбинации допу-
               •  осевое  перемещение  флан-                     • характер контактного взаимодействия в сты-                           • последовательность приложе-                сков присоединительных поверхностей шпинде-
        ца    относительно                                                                                                       ния  сил  –  затяжка  оправки  в  шпин-             ля и оправки, возможны два предельных случая:
        контактирующей с                                                                                                         дель и последующее приложение ра-                           •  коническая  часть  посадочного  гнезда  в
        ним  торцевой  по-                                                                                                       диальной  нагрузки  –  реализована  с               шпинделе  выполнена  по  нижней  границе  поля
        верхности  шпин-                                                                                                         помощью  граничного  условия  «горя-                допуска,  конус  оправки  –  по  верхней  границе
        деля  под  дей-                                                                                                          чая посадка»;                                       (далее такая комбинация называется «плотная»
        ствием  усилия,                                                                                                                 •  геометрическая  нелинейность              посадка);
        вытягивающего                                                                                                            модели,  возникающая  из-за  пере-                          •  коническая  часть  посадочного  гнезда  в
        оправку  из  шпин-                                                                                                       распределения  контактных  давлений                 шпинделе  выполнена  по  верхней  границе  поля
        деля [2].                                                                                                                в  стыках  под  действием  радиальной               допуска,  конус  оправки  –  по  нижней  границе
               Оценивать                                                                                                         силы, учитывается применённым вы-                   (далее такая комбинация называется «ослаблен-
        предельно  допу-                                                                                                         числительным  алгоритмом  «большие                  ная» посадка).
        стимую  нагрузку                                                                                                         перемещения»;                                               Присоединительные поверхности реальных
        на инструменталь-                                                                                                               • симметричный характер реше-                соединений имеют отклонения формы и шерохо-
        ное соединение со                                                                                                        ния  учтён  назначением  соответству-               ватость, влияющие на распределение нагрузок в
        статически  нео-                                                                                                         ющих  граничных  условий  в  сечении,               конструкции и на её жёсткость. У математических
        пределимой систе-                                                                                                        совпадающем с плоскостью приложе-                   моделей  форма  идеальная,  а  поверхности  аб-
        мой  базирования                                                                                                         ния нагрузки;                                       солютно гладкие, и учёт влияния погрешностей
        по возникновению                                       Рис. 1. Расчётная модель соединения «шпиндель - инструмен-               •  приведение радиальной на-                 может  быть  выполнен  за  счёт  соответствующей
        остаточных  деформаций  в  стыках                                                                тальная оправка».       грузки (F), приложенной через плечо                 комбинации допусков.
        между сопрягаемыми деталями было                                                                                         (L)  к  торцу  оправки,  осуществляется                     В соответствии с рекомендациями стандар-
        предложено в работе [1]. Однако её                 ках, образуемых оправкой и шпинделем, зависит                         граничным условием «дистанционные                   тов ISO 12164-1:2001 и ISO 12164-2:2001, пло-
        автором  рассматривалась  возмож-                  от  комбинации  их  размеров  внутри  полей  допу-                    нагрузки»  –  назначением  соответ-                 ский кольцевой стык должен воспринимать не ме-
                                                           сков;
        ность возникновения остаточных                                                                                           ствующих сил и моментов в узлах сет-                нее 75% усилия от механизма зажима. Расчёты,
        радиальных  деформаций  только  в                         •  длина  переднего  конца  шпинделя  до  за-                  ки на переднем торце оправки.                       проведённые для конусов 40, 63 и 100 соедине-
        плоском стыке, между фланцами со-                  делки 3 выбиралась минимально достаточной для                                Учёт симметрии напряжённо-де-                ния HSK-A, показали, что при «плотной» посадке
        прягаемых деталей, а возникновение                 сохранения неизменным напряжённо-деформиро-                           формированного состояния конструк-                  кольцевой стык воспринимает только 49%, 42%
        осевых  перемещений,  вызванных                    ванного состояния системы, картины деформаций                                                                             и 62% соответственно, а при «ослабленной» − от

        14    Станочный парк                                                                                                                                                                                                Станочный парк        15
   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19