Змінні шпиндельні головки обробних центрів із модернізованими сполучними елементами
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2024-282-2-5-16Ключові слова:
шпиндельна головка, 3Dмоделювання, обробний центр, зубчаста муфта, коловий профіль зубаАнотація
Розглянуто процес 3D моделювання приводу головного руху обробного центру (ОЦ) зі змінними формоутворюючими шпиндельними головками та модифікованими зубчастими муфтами. Представлені тривимірні моделі формотворчих вузлів ОЦ, призначених для різних технологічних операцій методами свердління, фрезерування та розточування складних корпусних деталей. Показано ефективність використання нових функціоналів: граничного представлення геометрії B-rep та тривимірної операції «Вирізання», адаптованих для побудови 3D моделей корпусних деталей приводу та шпиндельних головок. Використано модуль розрахунків механічних передач Компас Gears, в якому реалізуються геометричне моделювання та розрахунки на міцність циліндричних і конічних зубчастих передач та зубчастих муфт в процесі 3D моделювання. Зазначено, що при застосуванні тривимірної операції побудови зубчастих вінців методом імітації зубофрезерування досягається підвищення швидкості профілювання робочих поверхонь зубчастого зачеплення. Висунуто ідею вдосконалення конструкції зубчастих муфт за критерієм мінімізації навантажувальної здатності, які використовуються для з’єднання валів приводу оброблювального центру з валами вертикальної, довбальної та кутової шпиндельними головками. Запропоновано заміну класичного циліндричного профілю робочої поверхні зуба внутрішнім конічним зачепленням зубів з круговим профілем. Зроблено аналітичний розрахунок основних геометричних характеристик модифікованого профілю зачеплення зубів зубчастих муфт. Введений коефіцієнт довжини зубів стосовно стандартної та модифікованої конструкцій, як критерій оцінки рівня згинальних напруг у зоні контакту. Обґрунтовано припущення, що отримані розрахункові значення коефіцієнта форми зуба для випадку евольвентного зачеплення мало відрізняються при розгляді кругового профілю модифікованої муфти в межах робочої висоти витка на ділильному діаметрі. Відзначено вплив коефіцієнта форми зубів на зниження рівня контактної напруги. Реалізовано експериментальний розрахунок комплексного коефіцієнта зниження напруги для модифікованої конструкції зубчастої муфти.
Посилання
1. Lynch M. Machine center programming, setup and operation. Trout Valley: CreateSpace Independent Publishing Platform; 2014. 362 p.
2. Кіпчарський В.П. Металорізальні верстати: Навчальний посібник. Маріуполь: ДВНЗ «ПДТУ», 2018. – 143 с.
3. Dervoort W.H. Modern Machine Shop Tools, Their Construction, Operation and Manipulation, Including Both Hand and machine Tools ... London: Creative Media Partners; 2018. 552 p.
4. Smith, G.T. CNC machine technology. Design, development and CIM strategies. Heidelberg: Springer-Verlag; 1993. 140 p.
5. Кроль О.С. Методы и процедуры 3D-моделирования металлорежущихстанков и инструментов – Северодонецк: изд-во ВНУ им. В.Даля, 2015.8. 120 с.
6. Кроль О.С., Бурлаков Е.И. Моделирование шпиндельного узлаобрабатывающего центра // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. Х: НТУ «ХПІ». №11(985), 2013. С. 33-38.
7. Afsharizand B., Zhang X., Newman S.T., Nassehi A. Determination of machinability considering degradation of accuracy over machine tool life cycle. Proceeding of the 47th CIRP conference on manufacturing systems, 2014. № 17, P. 760-765. https://doi.org/ 10.1016/j.procir.2014.02.048
8. Kong J., Cheng X. Modal analysis of CNC lathe’s spindle based on finite element. Advances in Engineering Research (AER). 2017, Vol. 148, P. 318–321.
9. SergienkoN., KalininP., PavlenkoI., OchowiakM., IvanovV., SergienkoA., PavlovaN., BasovaY., TitarenkoO., NazarovA., etal. Synthesis of the Energy-Saving Dry Dual Clutch Control Mechanism. Appl. Sci. 2023, 13, 829. https://doi.org/10.3390/ app13020829
10. Iñurritegui A., Gonzalez-Perez I., Arana A., Larrañaga J., Ulaci I. Computerized generation and tooth contact analysis of spherical gear couplings for high misalignment applications. Mechanism and Machine Theory 164 (2021) 104408. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104408
11. American Gear Manufacturers Association, AGMA 945-1-b20: Splines design and application, 2020.
12. Litvin F. Theory of Gearing, Tech. rep., University of Illinois at Chicago, 1989.
13. Litvin F., Fuentes A. Gear Geometry and Applied Theory, 2nd Edition, CAMBRIDGE University Press, 2004.
14. Кроль О.С., Кроль А.А., Бурлаков Е.И. Твердотельноемоделирование и исследование шпиндельного узлаобрабатывающего центра / Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. Х: НТУ «ХПІ». № 16(989), 2013. С. 14 – 18.
15. Krol O., Sokolov V. Rational choice of machining tools us-ing prediction procedures / EUREKA: Physics and engi-neering, Number 4, 2018. p. 14–20. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00667
16. Кроль О.С., Соколов В.І. Тривимірне моделювання металорізальних верстатів та інструментального оснащення. Сєвєродонецьк: СНУ ім. В. Даля, 2016. 160 с.
17. Krol O., Sokolov V.: Research of modified gear drive for multioperational machine with increased load capacity. Diagnostyka 21(3), 87-93 (2020). https://doi.org/10.29354/diag/126026
18. Krol O., Sokolov V.: Modeling of Spindle Node Dynamics Using the Spectral Analysis Method. In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing III. DSMIE 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering, vol. 1, pp. 35-44. Springer, Cham (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_4
19. Krol O., Sokolov V.: Research of toothed belt transmis-sion with arched teeth. Diagnostyka 21(4), 15-22 (2020). https://doi.org/10.29354/diag/127193
20. Sokolov V., Porkuian O., Krol O., Stepanova O. (2021). Design Calculation of Automatic Rotary Motion Electrohydraulic Drive for Technological Equipment. In: Ivanov, V., Trojanowska, J., Pavlenko, I., Zajac, J., Peraković, D. (eds) Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV. DSMIE 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-77719-7_14
21. Соколов В.І., Кроль О.С., Єпіфанова О.В. Дифузійні процеси в системах вентиляції. Сєвєродонецьк: СНУ ім. В. Даля. 2018. 148 с.
22. Кроль О. С., Сухорутченко И. А. Трехмерноемодели-рованиемногооперационного станка модели СВМ1Ф4 в среде компас 3D. Восточно-Европейский журнал пере-довыхтехнологий. 2014. Т. 4. № 7 (70). С. 13–18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.26250
23. Krol O.S., Sokolov V.I. 3D Modeling Of Machine Tools For Designers. Sofia: Prof. Marin Drinov Academy Publishing House of Bulgarian Academy of Sciences, 2018. 140 p. https://doi.org/10.7546/3D_momtfd.2018
24. Krol O, Sokolov V (2019) 3D modelling of angular spindle’s head for machining centre. J Phys Conf Ser 1278:012002. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1278/1/012002
25. Krol O, Sokolov V (2019) Parametric modeling of transverse layout for machine tool gearboxes. In: Advances in manufacturing II. Lecture notes in mechanical engineering, vol 4, pp 122–130. https://doi.org/10.1007/978-3-030-16943-5_11
26. Krol O., Sokolov V. Parametric modeling of machine tools for designers. Sofia: Prof. Marin Drinov Academic Publishing House of Bulgarian Academy of Sciences, 2018. 112 p. https://doi.org/10.7546/PMMTD.2018
27. Krol O., Tsankov P., Sokolov V. Rational choice of two support spindles for machining centers with lubrication system // EUREKA: Physics and Engineering. – N. 3. – 2018. – P. 52–58. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00648
28. ГайдамакаА.В. Деталі машин. Основи теорії та розрахунків: навчальний посібник для студентів машинобудівних спеціальностей усіх форм навчання. Харків: НТУ «ХПІ», 2020. 275 с.
29. Дубинець О. Деталі машин. Розрахунок та конструювання. Київ: Талком, 2014. 684 с.
30. Shevchenko S., Mukhovaty A., Krol O.: Gear Transmission with conic Axoid on parallel axes. In: Radionov A.A., Kravchenko O.A., Guzeev V.I., Rozhdestvenskiy Y.V. (eds.) Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). LNME, vol. 2, pp. 1–10. Springer, Cham (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-22041-9_1
31. Tooth clutch. UKRPATENT. Shevchenko S.V., Mukhovaty A.A., Krol O.S. Application number: u 2016 11670, Declared 18.11.2016
