Побудова 3D моделі верстата

Побудова 3D моделі верстата

Для теоретичного розрахунку верстата на фази і власні частоти коливання необхідно спроектувати 3D модель моделі 6Р13Ф3. Для проектування необхідно було заміряти габаритні розміри верстату за допомогою засобів вимірювання: рулетка, лінійка, кутомір. Потрібно розібратися з основними вузлами та елементами верстату, зі складанням верстату. Основні вузли верстата: станина, шпиндельна головка, коробка швидкостей, коробка подач, консоль, стіл, салазки. Проектування виконували за допомогою програми SOLIDWORKS.

Аналіз починається з розробки правильної геометрії для подальшого дослідження. Геометрія 3D моделі повинна бути максимально спрощена. Вона не повинна складатися з нетехнологічних елементів, такі, як: фаски, різь, округлення, виступи, впадини. Та дрібних деталей і виробів, такі, як гвинти, гайки, шарики підшипників. Такі елементи значно ускладнюють процес обробки даних, та час для отримання результатів.

Для модального розрахунку в програмі ANSYS WORKBENCH 14.5.7 було проведено спрощення геометрії деталей верстата моделі 6Р13Ф3. На всіх деталях були видалені фаски, округлення, некоректні поверхні, які фактично не впливають на масу верстата в цілому. Були також видалені різного роду отвори. На місті кріпильних отворів були створені круглі поверхні з радіусом в два рази більшим за радіус кріпильного отвору для контакту поверхонь деталей, що з’єднуються. Інші отвори та поверхні, що не несуть конструкційної відповідальності були видалені (отвори для подачі мастила, різні за конфігурацією уступи). Редагування геометрії було здійснено виконували за допомогою програмного продукту SOLIDWORKS 2016.

Електродвигуни зі шківами були замінені однією деталлю такої ж маси з подібною конфігурації геометрії.

Після того, як були побудовані всі вузли, згідно з розмірами, виконували складання фрезерного верстату.

Рисунок 2.1 – 3D модель верстата 6Р13Ф3 для дослідження власних частот

3 Аналітичний розрахунок власних частот і форм

Дослідження частоти власних коливань проводилося за допомогою програмного продукту ANSYS, методом скінченних елементів. Аналіз починається з імпортування правильної геометрії 3D моделі верстата до CAD-системи ANSYS – DesignModeler для подальшого дослідження. Після імпортування 3D моделі необхідно задати матеріал кожного елемента для більш точних розрахунків. Даний верстат складається в основному з чавуну і сталі. Матеріал кожного вузла верстата був обраний з довідника матеріалів вбудованого в модуль ANSYS. Для розрахунку необхідно такі фізико-механічні властивості матеріалів: коефіцієнт Пуассона, модуль Юнга, густина. Для дослідження використали ізотропні матеріали, без дефектів, однорідні, абсолютно пружні, без деформацій. Вибір матеріалу показаний на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Вибір матеріалу елементів верстата

Після імпортування геометрії в модуль ANSYS Mechanical, програма автоматично визначила контактні пари та задала їх тип «за замовчуванням» як склеєні (Bonded). Необхідно змінити тип контактної взаємодії де необхідно на стандартний з тертям (Frictional) і задати відповідні коефіцієнти тертя між деталями. Контактні пари з тертям на верстаті моделі 6Р13Ф3 виникають в рухомих його частинах: між столом та салазками, салазками та консоллю, станиною та консоллю. Коефіцієнт тертя напрямних верстата (чавун – чавун) був прийнятий 0,1. Вибір контактної взаємодії між столом та салазками верстата показаний на рисунку 3.2. Дані дії дозволили приблизити результати розрахунків до реальності.

Рисунок 3.2 – Завдання контактних пар

Наступним кроком генерувалась скінчено-елементна сітка 3D моделі верстата. Якість розрахункової структурної сітки впливає на точність