Page 15 - Журнал "Станочный парк"

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