Анализ жесткости поворотного стола CNC 200 R

Упрощенная модель сборки поворотного стола CNC 200R с приспособлением и обрабатываемой деталью представлена на рисунке 3.6. Расчетная модель с нагрузками представлена на рисунке 3.7.

Фиксация основания стола осуществляется ограничениями по нижней плоскости. Действия сил резания моделируются приложением дистанционной нагрузки к обрабатываемой площадке детали. Подшипниковый редуктор в расчетной схеме представлен в виде осевой и радиальной жесткости приводной опоры и задается через упругую связь (пружину) между поверхностью корпуса и фланцем поворотной части. Подшипники задней бабки в модели показаны в виде внутреннего и наружного кольца и представлены радиальной и осевой жесткостью аналогично. Вращающий момент с учетом редукции прикладывается к фланцу поворотной части в приводной опоре.

В данной расчетной схеме учтены материалы всех основных элементов конструкции, массовые характеристики всех элементов конструкции, а также сила тяжести, действующая на представленный узел.

Все данные о материалах деталей (объем, масса, свойства), значениях, направлениях и местах приложения сил, видах примененных соединений, представлены ниже в виде таблиц.

Таблица 3.8 – Материалы деталей

Таблица 3.9 – Нагрузки и ограничения

Таблица 3.10 – Определение соединителей

Расчет эквивалентных напряжений при наибольших силах резания показывает, что максимальные напряжения возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Действующие напряжения растяжения-сжатия по Von Mises по осям приведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 – Результаты исследования эквивалентных напряжений

Допускаемые напряжения растяжения-сжатия равны для литой углеродистой стали – 4,83e+8 Н/м². Максимальные напряжения растяжения / сжатия испытывает поверхность детали в месте приложения нагрузки, но они меньше, чем предел прочности для используемого материала. Следовательно, конструкция обеспечивает запас по прочности и является работоспособной.

Таблица 3.12 – Результаты исследования перемещений

Из эпюры статических перемещений видно, что максимальные перемещения испытывает поверхность плиты со стороны приложения силы, которая непосредственно воспринимает нагрузки.

Если рассмотреть перемещения при различных усилиях резания, то получаем следующие данные, представленные в таблице 3.13.

Таблица 3.13 – Упругие перемещения при различных режимах резания, мкм.

Из таблицы упругих перемещений при различных нагрузках видно, что при меньших силах резания возникающие перемещения уменьшаются, и основным фактором, влияющим на отклонение расчетной точки, является невысокая жесткость пары радиально-упорных подшипников задней бабки.

Расчет нормальных деформаций при наибольших силах резания показывает, что максимальные деформации возникают в месте приложения нагрузки на поверхности детали. Также при приложении нагрузки заметна деформация плиты, на которой установлена обрабатываемая деталь.

Таблица 3.14 – Результаты исследования деформаций

Таким образом, результаты исследований в среде SolidWorks Simulation показали, что наибольшие напряжения и деформации испытывает поверхность детали, к которой непосредственно приложены усилия резания, а наибольшие перемещения – поверхность плиты со стороны приложения нагрузки.

Конструкция поворотного стола в целом обеспечивает небольшой необходимый запас по прочности. Слабым звеном конструкции является плита, на которой устанавливается деталь. Она испытывает довольно большие напряжения и значительно деформируется. Замена материала плиты на более прочный и увеличение числа ребер жесткости позволит уменьшить влияние нагрузок на плиту. Также необходимо пересмотреть конструкцию задней бабки, так как наибольшая точность обработки обеспечивается при небольших силах резания. Это в свою очередь накладывает ограничение на использование прогрессивных режимов резания при необходимости уменьшения времени обработки.