Проект четырехкоординатного прецизионного многоцелевого станка горизонтальной компоновки

Для расчетов была разработана несущая система станка, спроектированная в CAD-системе КОМПАС – 3D и перенесенная в CAE-систему ANSYS. [13]

В процессе работы был произведен анализа несущей системы станка с синтеграном и без синтеграна. Расчет модели станка проводился с учетом того, что несущая система станка, жестко закрепленная на предполагаемом фундаменте, представляет собой упругую систему

. Для оценки деформации элементов упругой системы прикладывается нагрузка к узлам инструмента и обрабатываемой заготовки.

На рисунке 17 представлены расчетные схемы для статического расчета.

а) б)

Рисунок 17– Расчетные схемы для статического расчета несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

На рисунках 18,19, 20, 21 представлены результаты статического расчета.

В результате статической нагрузки относительное перемещение узлов инструмента и обрабатываемой заготовки по оси Х составило:

– для модели с синтеграном 1,86 мкм;

– для модели без синтеграна 1,89 мкм.

а) б)

Рисунок 18 – Относительное перемещение узлов инструмента и заготовки по оси Х несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

По оси Y относительное перемещение узлов инструмента и обрабатываемой заготовки составило для:

– для модели с синтеграном 0,05 мкм;

– для модели без синтеграна 0,03 мкм.

а) б)

Рисунок 19 – Относительное перемещение узлов инструмента и заготовки по оси Y несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

По оси Z относительное перемещение узлов инструмента и обрабатываемой заготовки составило для:

– для модели с синтеграном 0,1 мкм;

– для модели без синтеграна 0,1 мкм.

а) б)

Рисунок 20 – Относительное перемещение узлов инструмента и заготовки по оси Z несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

Суммарное относительное перемещение узлов инструмента и обрабатываемой заготовки по трем осям составило для:

– для модели с синтеграном 0,74 мкм;

– для модели без синтеграна 0,71 мкм.

а) б)

Рисунок 21 – Суммарное относительное перемещение узлов инструмента и заготовки по трем осям несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

4.2.2 Модальный расчет несущей системы станка

Модальный анализ выполняется для того, чтобы оценить числовые значения собственных частот (модальных частот) рассчитываемой модели и выполнить анализ форм колебаний. Знание этих характеристик позволяет принять решение о динамическом качестве модели.[13]

В процессе выполнения расчета проявились пятнадцать собственных частот.

На первой, третьей, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой, десятой и одиннадцатой модальной частоте наблюдаются качательные колебания в плоскости XOY. На второй и тринадцатой модальной частоте наблюдаются качательные колебания в плоскости ZOY. На четвертой, двенадцатой, четырнадцатой и пятнадцатой модальной частоте наблюдаются крутильные колебания относительно оси OY.

На рисунках 22, 23, 24 представлены результаты модального расчета.

Качательные колебания в плоскости XOY могут привести к браку изделия. Числовые значения модальных частот данной формы колебания составляют:

– для модели с синтеграном 1 мода-81,9 Гц, 3 мода -208,1 Гц, 5 мода -249,1 Гц, 6 мода-251,3 Гц, 7 мода-294,2 Гц, 8 мода-310,3 Гц, 9 мода-320,3 Гц, 10 мода-321,5 Гц, 11 мода-343,4 Гц;

– для модели без синтеграна 1 мода-77,4 Гц, 3 мода-181,2 Гц, 5 мода-242,1 Гц, 6 мода-244,9 Гц, 7 мода-282 Гц, 8 мода-294,8 Гц, 9 мода-303 Гц, 10 мода-341,7 Гц, 11 мода-347,6 Гц.

а) б)

Рисунок 22 – Качательные колебания в плоскости XOY несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б) на первой модальной частоте

Качательные колебания в плоскости ZOY могут привести к затуплению и (или) поломке инструмента, а также браку изделия. Числовые значения модальных частот данной формы колебания составляют:

– для модели с синтеграном 2 мода-118,4 Гц, 13 мода-367,4 Гц;

– для модели без синтеграна 2 мода-103,3 Гц, 13 мода-368,3 Гц.

а) б)

Рисунок 23 – Качательные колебания в плоскости ZOY несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б) на второй модальной частоте

Крутильные колебания относительно оси OY могут привести к затуплению и (или) поломке инструмента, а также браку изделия. Числовые значения модальных частот данной формы колебания составляют:

– для модели с синтеграном 4 мода-219,7 Гц,12 мода-354,6 Гц,14 мода-410,6 Гц,15 мода-459,9 Гц;

– для модели без синтеграна 4 мода-208,9 Гц,12 мода-359,1 Гц,14 мода-408,1 Гц, 15 мода-459,9 Гц.

а) б)

Рисунок 24 – Крутильные колебания относительно оси OY несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б) на второй четвертой модальной частоте

4.2.3 Динамический расчет несущей системы станка

Если модальный расчет в современных CAE-системах позволяет выполнить анализ только форм колебаний и оценить числовые значения собственных частот модели, то для построения других динамических характеристик: амплитудно-частотных и амплитудно-фазовых частотных характеристик, - необходимо выполнить другой тип расчета – динамический.[13]

В результате динамического расчета несущей системы станка получаем амплитудно-частотные (АЧХ) и амплитудно-фазовой частотные характеристики (АФЧХ) узлов инструмента и обрабатываемой заготовки. Совмещение АЧХ и АФЧХ узлов инструмента и обрабатываемой заготовки дает возможность построить АЧХ и АФЧХ относительного перемещения узлов инструмента и обрабатываемой заготовки.

На рисунках 25, 26, 27 представлены АЧХ относительного перемещения узлов инструмента и обрабатываемой заготовки.

При построении АЧХ выявляются резонансные частоты, которые являются значимыми при оценки динамических характеристик несущей системы станка.

Значимые частоты несущей системы станка по оси Х:

– модель с синтеграном: 152 Гц, 343 Гц;

– модель без синтеграна: 102 Гц, 267 Гц, 327 Гц, 710 Гц.

а) б)

Рисунок 25 – АЧХ относительного перемещения узлов инструмента и обрабатываемой заготовки по оси Х несущей системы станка с синтеграном (а) и без синтеграна (б)

Значимые частоты несущей системы станка по оси Y:

– модель с синтеграном: 152 Гц, 312 Гц, 400 Гц, 493 Гц;

– модель без синтеграна: 115 Гц, 221 Гц, 280 Гц, 332 Гц, 445 Гц, 720 Гц.

 Скачать реферат