animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Испытание Фрезерных Станков С ЧПУ Портального Типа (часть 1)

Испытание Фрезерных Станков С ЧПУ Портального Типа (часть 1)

Испытание фрезерных станков

Испытание фрезерных станков - это ряд тестов для определения соответствия фрезерного оборудования техническим требованиям. Основным видом испытаний серийных и новых станков являются приемочные испытания, которые предполагают: 1) испытание фрезерного станка на холо­стом ходу с проверкой работы узлов и механизмов; испытание станка в работе под нагрузкой; 3) проверку фрезерного оборудования на гео­метрическую точность, точность изготовляемой детали и параметр шероховатости; испытание станка при обработке на жесткость и виброустойчивость.

Настоящая работа посвящена виртуальным динамическим испытаниям методом конечных элементов (МКЭ) портальных продольно фрезерных станков типа, которые выпускает минский станкостроительный завод «МЗОР». МКЭ-моделирование направлено на выявление динамических особенностей станков. В современном производстве динамическое поведение станков признается более существенным, чем статическая жесткость.

Линейку станков «Гентри» от МЗОР в работе представляют две машины:

  • классический станок МС620 с «тяжелой», статически довольно жесткой несущей системой, выпускаемый в вариантах на протяжении ряда лет;
  • станок МС21Г25 примерно с такими же рабочими габаритами, но с облегченной несущей системой портала.

Испытание фрезерного станка МС620 в виде модального анализа было проведено ранее с помощью МКЭ. Обнаруженные моды (сочетания резонансных частот и форм колебаний), оказались очень стабильными при вариациях параметров станка. Поэтому можно предполагать, что все портальные станки МЗОР имеют общие динамические особенности.

В данной работе на базе модального МКЭ-анализа станков производится их гармонический анализ. К шпинделю прикладываются синусоидальные компоненты силы резания на ряде частот. Отклик станка в виде перемещений шпинделя вычисляется с помощью МКЭ. По результатам строятся и анализируются АЧХ (амплитудно-частотные характеристики).

Геометрические модели испытуемых фрезерных станков

Геометрическая модель несущей системы фрезерного станка МС620 представлена на рисунке 1, а. На бетонных фундаментных блоках находятся башмаки 1, которые несут станины 10. На станинах вдоль продольной оси X размещены рельсы с опорами качения 2 (опоры X). Эти опоры представлены стилизованно, как податливые объекты, способные без трения скользить по рельсам.

модели фрезерных портальных станков

Рис. 1. Геометрические модели фрезерных портальных станков МС620 (а) и МС21Г25 (б): а - часть деталей не показана; б – в станке круговой силой возбуждена резонансная мода М1 «Клевки портала» (f1 = 17,3 Гц)

Зубчато-реечный привод по оси X заменен пружиной 9 для каждой направляющей (далее это пружины X). На направляющих X находятся сани 10 с колоннами 3. На две колонны базируется траверса 4. Вместе сани, колонны и траверса образуют портал. Направляющие 7 установлены вдоль Y (поперечная ось) и несут каретку 6. В данной работе каретка всегда предполагается зажатой посередине направляющих Y. Ползун 5, направленный по вертикальной оси Z, также зажат в каретке. Возле маркера 5 на ползуне исполнен образ конца шпинделя. Однако шпиндельный узел, ползун и каретка, для испытаний фрезерных станков, в данной работе не рассматриваются. Они считаются монолитным жестким телом и подобны эксцентричному грузу на траверсе. Моделирование направлено на выявление динамических деформаций именно портала станка.

Облегченный фрезерный портальный станок МС21Г25 представлен на рисунке 1, б в состоянии возбуждения моды М2. Главным отличием этой модели от МС620 является включение саней в состав колонн 2-3 и 8-7. Портал образует параллелограмм 2-3-7-8. Продольно вдоль оси X его удерживают пружины 1 и 9. Под колоннами находятся опоры X. Нижележащие станины считаются достаточно жесткими и не рассматриваются. Размеры портальных деталей обоих станков приведены ниже.

Портальный фрезерный станок МС620

  • Расстояние между колоннами 3200 мм;
  • Просвет портала 1900;
  • Сечение траверсы 1050 × 1200 мм;
  • Сечение колонн 1285 × 840 мм;
  • Вылет ползуна при моделировании 200 мм;
  • Сечение ползуна 550 × 560 мм.

Портальный фрезерный станок МС21Г25

  • Расстояние между колоннами 3520 мм;
  • Просвет портала 2280 мм;
  • Сечение траверсы 1025 × 960 мм;
  • Сечение колонн 1020 × 700 мм;
  • Вылет ползуна при моделировании 500 мм;
  • Сечение ползуна 500 × 500 мм

Конструкция на рисунке 1, а является тяжеловесной и сравнительно жесткой статически. На рисунке 1, б, наоборот, представлена максимально податливая в статике несущая система. Параллельное рассмотрение обоих станков позволяет оценить динамику всей линейки портальных машин МЗОР.

Применяемые материалы и упруго-массовые характеристики деталей порталов. Основным материалом для корпусных деталей портала является серый чугун СЧ (рис. 2). Для направляющих использована сталь, а для фундаментных блоков – бетон. Присутствуют также два модельных материала Мат 1 и Мат 2 для каретки и ползуна соответственно. У этих материалов, созданных на базе стали, можно виртуально управлять модулем упругости E и плотностью ρ.

детали фрезерных портальных станков

Рис. 2. Несущие детали фрезерных портальных станков и их упругие свойства

Таблица на рис. 2 описывает массовые и упругие свойства деталей портала. В каждой ячейке перед чертой «/» стоит число для фрезерного станка МС620, после черты – для МС21Г25. Пары чисел в скобках указывают диапазон варьирования параметра. Например, это может быть модуль упругости, чувствительный к марке чугуна. Каретка и ползун со шпиндельным узлом вместе названы суппортом в сборе. К ним применены модельные материалы так, чтобы обеспечивались:

  • нужная масса суппорта (включая массу навесного оборудования);
  • высокая жесткость (суппорт должен колебаться почти как жесткое целое).

Обратим внимание, что массы порталов в сборе, фрезерных станков участвующих в испытаниях, почти одинаковы. Портальный фрезерный станок МС21Г25 сконструирован более узким в сечениях, но имеет большую ширину портала и более тяжелый суппорт.

В таблице на рисунке 3 описаны свойства опор качения X, фундаментных башмаков и пружин X. Пружины являются математическими объектами, создаваемыми средствами МКЭ. Один конец пружины был жестко закреплен, второй – связывался с санями или колонной. Пружины действовали строго в направлении X и характеризовались только жесткостью (см. рис. 3). Жесткость пружин соответствовала данным из каталога для беззазорных зубчато-реечных приводов REDEX.

Рис. 3. Соединяющие упругие детали фрезерных порталов и их свойства

Пружины и башмаки являлись монолитными трехмерными телами сравнительно простой геометрии. Считалось, что они сделаны из идеального упругого модельного материала. Модуль упругости материала (см. рис. 3) подбирался в ходе предварительных тестовых расчетов так, чтобы получить желаемую жесткость объектов. Жесткость назначалась исходя из каталогов.

Для опор качения модуль упругости был в десятки раз ниже, чем у стали. В данной работе тела качения внутри опор не моделировались. Через понижение модуля упругости учитывалась присущая телам качения невысокая контактная жесткость.

При моделировании в геометрию и параметры МКЭ-моделейпортальных фрезерных станков МС620 и МС21Г25 умышленно вносились некоторые различия. Целью было максимальное отдаление несущих систем друг от друга, чтобы были лучше видны общие и индивидуальные черты.

Испытание Портальных Фрезерных Станков с ЧПУ (часть 2)