Page 15 - Журнал "Станочный парк"
P. 15

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
   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20