Введение 3
1. Литературный обзор 5
2. Основная часть 19
2.1. Создание геометрической модели сборки вертикально фрезерного
станка с ЧПУ станка JMD-3CNC 21
2.2. Создание конечно-элементной модели вертикально фрезерного станка
с ЧПУ JMD-3CNC 27
2.2.1. Создание конечно-элементной сборки 28
2.3. Создание расчетной модели вертикально-фрезерного станка 38
2.3.1. Приложение сил и фиксация станины к фундаменту 38
2.3.2. Создание межузловых контактов 39
2.3.3. Расширенный нелинейно-статический анализ 43
2.3.3.1. Создание нового решения для нелинейно-статического анализа. 44
2.3.3.2. Запуск решения нелинейно-статического анализа 46
2.3.3.3. Просмотр результатов расчета 46
2.4. Сбор данных распределений деформаций 18 симуляций 48
3. Экспериментальная часть 69
3.1. Обработка по схеме торцевого фрезерования 70
3.2. Обработка по схеме торцевого фрезерования 71
4. Сравнительный анализ результатов симуляции и экспериментальных
данных 72
4.1. Результаты симуляций 72
4.2. Отношения деформаций по схеме торцевого и цилиндрического
фрезерования 75
4.3. Расчет сил резания при фрезеровании концевой фрезой 76
4.4. Расчет упругих деформаций 86
4.5. Сравнительный анализ экспериментальной части с конечно-
элементным моделированием 86
Заключение 88
Список литературы 89
Под влиянием силы резания, приложенной к звеньям упругой технологической системы (станок - приспособление - инструмент - заготовка), возникает ее деформация. На точность обработки влияют преимущественно те деформации системы, которые изменяют расстояние между режущей кромкой инструмента и обрабатываемой поверхностью, т. е. деформации, направленные нормально к обрабатываемой поверхности.
Способность системы противостоять действию силы, вызывающей деформации, характеризует ее жесткость.
Жесткость несущей системы оценивается по величине относительных смещений инструмента и заготовки под действием сил резания. Эти смещения зависят от величины силы резания, собственной жесткости отдельных узлов станка, контактной жесткости между узлами станка и от порядка расположения этих узлов в пространстве. При оценке погрешностей под действием упругих деформаций необходимо также учитывать деформации инструментальной оснастки, приспособления и заготовки. Элементы технологической системы могут деформироваться по-разному при различном их расположении и разном направлении сил резания. Если не принимать во внимание этот фактор, могут возникнуть недопустимые погрешности при обработке. Поэтому при изготовлении точных деталей необходимо произвести предварительную оценку упругих деформаций технологической системы. Повышение жесткости технологической системы содействует уменьшению вибраций ее звеньев и, следовательно, позволяет повышать режимы резания, не снижая точности обработки.
В настоящее время широко распространена концепция «цифрового производства», которая предполагает широкое применение вычислительной техники и моделирования в задачах подготовки и управление производством. В том числе эта концепция предполагает симуляцию различных физических процессов, происходящих в производственном процессе, с целью качественного производства конкретных деталей. Применение таких технологий существенно сокращает время подготовки производства, количество брака, простои оборудования. Во многих процессах и задачах «цифрового производства» применяются трехмерные модели оборудования, оснастки, деталей. Эти модели также можно использовать для оценки статических и динамических характеристик технологической системы, в том числе для оценки устойчивости динамической системы. Уступая экспериментальным методом в достоверности, расчетные методы имеют преимущество во времени, а также в том, что не занимают производственное оборудование. Достоверность расчетных методов может быть повышена своевременной корректировкой параметров модели, которые могут быть получены из результатов испытания станков. Последние же являются одним из непременных работ, входящих в регламент технического обслуживания и ремонта оборудования.
В результате данного исследования выявилась возможность предварительной оценки упругих деформаций технологической системы под действием сил резания средствами трехмерного моделирования и конечно- элементного анализа. Применяя эти результаты можно обеспечить заданное качество изготовляемых деталей.
По результатам симуляции статических упругих деформаций под действием сил приложенных в разных направлениях было выявлено, что при одной и той же силе, но при разных ее направлениях значения деформаций получились разными. В частности в ветви фрезы наименьшие деформации имеют место при направлении силы близкой к вертикальной, наибольшие деформации возникают при направлении силы близкой к горизонтальной. В ветви заготовки результаты деформаций обратные.
Используя это свойство несущей системы можно подобрать схему резания так, чтобы деформации были минимальными. Это было подтверждено экспериментальным исследованием. Выяснилось, что при схеме торцевого фрезерования уступа погрешности вызванные упругими деформациями меньше чем при схеме цилиндрического фрезерования.
