Page 17 - Журнал "Станочный парк"

МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ
84%, 89% и 83% соответственно от Fзаж (равного соответственно 6,8 кН, 18 кН и 45 кН). Перемещения, измеренные по площад- обусловленным вытягиванием оправки из
Следовательно, выбор «ослабленной» посадки в коническом стыке обеспечивает лучшую кам 1 и 2 на фланце оправки (аналогичные шпинделя и их объёмными деформация-
адекватность математической модели. площадки выделены на торце шпинделя), ис- ми. При дальнейшем увеличении нагруз-
Расчёты проводились при значениях вылета, равных D, 1,5D, 2D, 2,5D 3D, и 3,5D. пользуются в дальнейшем для оценки угла ки соединение теряет свои эксплуатаци-
Выбор плеча L = D был сделан с учётом того, что при минимальном плече приложения на- поворота оправки относительно шпинделя, онные свойства. Сложившуюся ситуацию
грузки в момент начала «вытягивания» инструмента перерезывающая сила максимальна, после приложения нагрузки и контроля про- можно рассматривать как параметриче-
а меньшие вылеты невозможны в реальных конструкциях инструмента и оправок (см. ISO скальзывания по поверхности плоского стыка. ский отказ соединения.
12164-1:2001, ISO 12164-2:2001). Перемещения, измеренные по площадкам 3 и Критическое значение радиальной
Результатами расчёта являются перемещения, вызванные деформацией шпинделя 4 на конусе оправки (аналогичные площадки нагрузки зависит от плеча её приложе-
и оправки и проскальзыванием в стыках соединения, реакции в элементах соединения, выделены на конусе шпинделя), используются ния (вылета инструмента). Оценки ве-
эпюры давления на сопрягаемых поверхностях. в дальнейшем для оценки вытягивания оправ- личины критической радиальной силы
Величина сил реакции измерялась непосредственно на торцевых и конических по- ки из шпинделя. Для вычисления осевого (δx) Fкр, сделанные на основании анализа
верхностях оправки и шпинделя. Величина радиальных, осевых и угловых перемещений и радиального (δr) перемещений и угла пово- осевых, радиальных и угловых переме-
оправки относительно шпинделя определялась по результатам измерения абсолютных пе- рота оправки (θ) относительно шпинделя ис- щений оправки, для разных значений
ремещений узловых точек конечно-элементной модели на контрольных площадках 1 - 4, пользовались зависимости: вылета инструмента и размера соедине-
выделенных на сопрягаемых поверхностях оправки и шпинделя (см. рис. 1,б). ния представлены на рисунках 2,г и 3. На
δx = δHx - δSx (1,а), рисунках кривые Fкр(x) и Fкр(θ) можно
достаточно точно аппроксимировать про-
δr = δHr - δSr (1,б) и стой зависимостью

Fкр (a') = 1000 [МHSK]/ a' (2),

где [МHSK] – допустимый по осевым и угло-
Здесь: δHx, δHr и δSx, δSr – средние вым перемещениям изгибающий момент
значения перемещения узловых точек конеч- в соединении HSK, Нм; a' – расстояние от
но- элементной модели в осевом и радиальном торца шпинделя до зоны резания (вылет
направлениях, измеренные на фланце оправ- инструмента), мм. Вычисленные в ходе
ки и торце шпинделя; δHx1, δHx2 и δSx1, δSx2 аппроксимации значения [МHSK] для сое-
– средние значения перемещения узловых динений приведены в таблице 1.
точек перемещения в осевом направлении,
измеренные на контрольных площадках 1 и 2 Таблица 1. Предельные нагрузки в соединении HSK
оправки и шпинделя; Dm – диаметр, проходя-
щий через центры контрольных площадок (см. HSK - A40 HSK - A63 HSK - A100
рис. 1,а). [МHSK] 80 320 1280
Графические зависимости линейных и
угловых перемещений оправки относитель- [F HSK] 420 880 3490
но шпинделя от радиальных нагрузок, полу- [М’HSK] 62 255 690
ченных с использованием выражений (1), для
разных значений вылета соединений HSK-A40 Связь между осевыми и угловыми
представлены на рисунках 2 а), б), в) соответ- перемещениями оправки относительно
ственно. Анализ линейных и угловых переме- шпинделя задаётся простым выражени-
щений оправки относительно шпинделя (рис. а ем
- в) показывает, что в нижней части диапазона
нагружения их величина весьма незначитель-
на, а радиальная жёсткость соединения очень
велика.
При практических расчётах соединение
можно считать абсолютно жёстким. Аналогич- Погрешность данной аппроксима-
ный характер перемещений в соединениях ции не превышает 10% для всех вариан-
HSK-A63 и HSK-A100 позволяет сделать вывод тов приложения нагрузки и всех рассмо-
о том, что существует единая качественная тренных размеров соединения. Кривые
картина поведения соединений HSK при вос- Fкр(y) можно достаточно точно аппрок-
приятии ими радиальных нагрузок, не завися- симировать зависимостью
щая от размера соединения.
Увеличение нагрузки свыше некоторого Fкр (a') = [FHSK] + 1000 [М'HSK]/ a' (3),
Рис. 2. Перемещения оправки соединения HSK-A40 относительно шпинделя: критического значения приводит к осевым, ра-
а) – δx, б) – δr, в) – θ, г) – критические нагрузки (1, 3 и 5 – Fкр(x), Fкр(y) и Fкр(θ); диальным и угловым перемещениям оправки,
2, 4 и 6 – соответствующие им аппроксимирующие кривые). где [FHSK] – дополнительная пере-

16 Станочный парк Станочный парк 17