Повышение технологичности изготовления каретки суппорта токарно-винторезного станка при модернизации
Автор: Якимов М.В., Денисенко А.Ф., Лопатин Е.В.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 4-2 т.26, 2024 года.
Бесплатный доступ
Актуальность модернизации металлорежущего оборудования вызывается требованиями улучшения эксплуатационных характеристик и необходимостью поддержания стоимости предлагаемых станков на определенном уровне, несмотря на инфляционные процессы. Причем второе направление не должно сопровождаться ухудшением качества станков. Поэтому реализовать его можно только снижением себестоимости изготовления и, в первую очередь, за счет повышения технологичности конструкции. Это направление особенно актуально для универсального металлорежущего оборудования, в том числе для токарно-винторезных станков отечественного производства, потребность в которых для оснащения небольших металлообрабатывающих предприятий весьма высока в связи с тем, что они являются поставщиками многономенклатурных комплектующих для предприятий автомобильного, авиационного и оборонного кластеров. В статье рассматриваются возможные изменения в конструкции каретки суппорта токарно-винторезного станка. Сложность формы каретки и многообразие действующих силовых факторов требуют обоснованного подтверждения сохранения высоких эксплуатационных характеристик, в частности, прочностных и жесткостных. Решение поставленной задачи с использованием аналитических или эмпирических зависимостей без существенного упрощения расчетных моделей не представляется возможным. Поэтому было использовано численное моделирование с применением метода конечных элементов в системе Ansys Workbench 2021. Описано построение расчетной модели и рассмотрены этапы проведения численного эксперимента. Необходимость оценки предлагаемых конструкторских изменений, повышающих технологичность каретки, и вариативность силовых факторов потребовали рассмотрения 18 численных экспериментов, отличающихся условиями проведения. По результатам расчета определялись максимальные суммарные деформации и эквивалентные напряжения по Мизесу. Исследования показали, что предлагаемые изменения в конструкции каретки не приводит к ее ослаблению, так как места расположения максимальных напряжений достаточно удалены от зон, с которых были убраны элементы, ухудшающие технологичность.
Токарно-винторезный станок, каретка суппорта, технологичность конструкции, численное моделирование, силовые факторы, упругие деформации, эквивалентные напряжения по мизесу
Короткий адрес: https://sciup.org/148330117
IDR: 148330117 | УДК: 621.9.06 | DOI: 10.37313/1990-5378-2024-26-4(2)-229-236
Increasing the technological effectiveness of manufacturing the support carriage of a screw cutter lathe during modernization
The relevance of modernizing metal-cutting equipment is caused by the requirements to improve operational characteristics and the need to maintain the cost of the offered machines at a certain level, despite inflationary processes. Moreover, the second direction should not be accompanied by a deterioration in the quality of machine tools. Therefore, it can only be realized by reducing manufacturing costs and, first of all, by increasing the manufacturability of the design. This area is especially relevant for universal metal-cutting equipment, including domestically produced screw-cutting lathes, the need for which to equip small metalworking enterprises is very high due to the fact that they are suppliers of multi-product components for enterprises in the automotive, aviation and defense clusters. The article discusses possible changes in the design of the slide carriage of a screw-cutting lathe. The complexity of the carriage shape and the variety of acting force factors require reasonable confirmation of the preservation of high performance characteristics, in particular, strength and rigidity. It is not possible to solve the problem posed using analytical or empirical dependencies without significantly simplifying the calculation models. Therefore, numerical modeling was used using the finite element method in the Ansys Workbench 2021 system. The construction of a computational model is described and the stages of conducting a numerical experiment are considered. The need to evaluate the proposed design changes that increase the manufacturability of the carriage and the variability of power factors required the consideration of 18 numerical experiments that differed in the conditions of conduct. Based on the calculation results, the maximum total deformations and equivalent von Mises stresses were determined. Research has shown that the proposed changes in the design of the carriage do not lead to its weakening, since the locations of maximum stresses are sufficiently remote from the areas from which elements that impair manufacturability were removed.
Список литературы Повышение технологичности изготовления каретки суппорта токарно-винторезного станка при модернизации
- Балабанов, А.Н. Технологичность конструкций машин / А.Н. Балабанов. – М.: Машиностроение, 1987. – 336 с.
- Жиганов, В.И. Особенности построения геометрической модели для расчета динамических характеристик несущей системы токарного станка модели УТ-16 / В.И. Жиганов, Р.Ш. Халимов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2009. – №3 (10). – С. 69-73.
- Шелофаст, В.В. Основы проектирования машин. Примеры решения задач / В.В. Шелофаст, Т.Б. Чугунова. – М: Изд-во АПМ, 2004. – 240 с.
- Атапин, В.Г. Выбор конструктивных параметров базовых деталей многоцелевого станка на этапе проектирования / В.Г. Атапин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 1(50). – С. 15-19.
- Довнар, С.С. МКЭ-анализ жесткости суппорта тяжелого токарного станка в статике и динамике / С. С. Довнар [и др.] // Машиностроение. – 2018. – Вып.31. – С. 187-196.
- Типушков, Ю.А. Определение жесткости несущих систем металлорежущих станков / Ю.А. Типушков, П.Г. Мазеин // Прогрессивные технологии в машиностроении. – 2005. – С. 104-108.
- Хусаинов Р.М. Применение CAD/CAE-систем для исследования характеристик жесткости несущих систем металлорежущих станков / Р.М. Хусаинов, Д.Р. Ахкиямов // Материалы XXVII междунар. науч.-практ. конф. «Технические науки – от теории к практике». Часть I. Новосибирск: СибАК. – 2013. – https://sibac.info/conf/tech/xxvii/34591 (дата обращения 14.05.2024).
- Denisenko A.F., Yakimov M.V., Borisova K.R. Аnisotropy of the radial stiffness of the boring of the headstock body of a lathe // Proceedings of the 7th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2021), 2022. С. 207-215.
- Поляков, А.Н. Реализация параметрических моделей в инженерном анализе металлорежущих станков / А.Н. Поляков, С.В. Каменев, В.Н. Михайлов // Технология машиностроения. 2007. №3. С. 20-23.
- Поляков, А.Н. Расчет несущих систем станков в САЕ - системе Ansys: Учебное пособие / А.Н. Поляков, С.В. Каменев, К.С. Романенко – Оренбург: ОГУ, 2013. – 190 с.
- Кульга, К.С. Автоматизированное проектирование компоновокметаллорежущих станков с ЧПУ с помощью CAD/CAE-систем / К.С. Кульга, Э.Р. Асбапов, А.А. Китаев, И.А. Кривошеев // Вестник МГТУ «Станкин». – 2019. – № 2 (49). – С. 63-68.
- Кульга, К.С. Повышение эффективности проектирования компоновок многоцелевых станков с ЧПУ на основе CAD/CAE-систем / К.С. Кульга, П.В. Виноградов, А.А. Гаитова // Вестник машиностроения. – 2016. – № 7. – С. 14-18.
- Денисенко, А.Ф. Анизотропия радиальной жесткости расточки корпуса под опоры шпинделя токарного станка / А.Ф. Денисенко, М.В. Якимов, К.Р. Борисова // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2021. – № 5(102). – С. 23-31.
