Моделювання конструкції бабки універсального токарного верстата в середовищі CAD системи
Автор: Бабінчук Дмитро Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У сучасних задачах машинобудування провідне значення має застосування числового програмного керування (ЧПК), що характеризує інвестиційну привабливість як машинобудівного виробництва, так і інвестиційну привабливість самої технології. Технологічне устаткування, яке застосовується сьогодні для механічної обробки складних поверхонь, це як правило обробні центри, оснащені числовою системою керування, або спеціалізовані верстати, що виконують переміщення деталі або інструмента по жорсткій траєкторії. Тому перемикання швидкісного режиму обробки поверхонь деталей в режимі ЧПК є привабливим як технологічно, так і технічно. Основною функцією механізмів передачі є зміна діапазону вихідних параметрів двигуна головного приводу. У випадку універсальних токарних верстатів з двигунами, це зміна в сенсі зменшення обертів і збільшення крутного моменту. Тому розроблення конструкції бабки універсального токарного верстата, що уможливлює плавне перемикання швидкостей, - є актуальною задачею та становить науковий інтерес. Об’єкт дослідження: напруження й деформації які виникають в конструкції головного приводу за приводу шпинделя. Предмет дослідження: головний привід шпинделя на навантаження які виникають в процесі його роботи. Мета дослідження розроблення й дослідження конструкції бабки універсального токарного верстата для підвищення ефективності технологічного процесу обробки деталей на верстаті. У першому розділі проведено аналіз конструкцій сучасних універсальних токарних верстатів. Розглянуто звичайні універсальні токарні верстати, 5 універсальні токарні верстати з СПК. Наведено технічні характеристики цих верстатів. Приведена характеристика об ’єкту проєктування. Для реалізації поставленої мети магістерської роботи поставлені задачі. У другому розділі проведено розроблення конструкції бабки універсального токарного верстату. Розроблено дизайн та проведено компонування підшипників на шпинделі. З двох наведених варіантів конструктивного рішення бабки вибрано оптимальний. Розраховано конструктивні параметри передач та пасовий привід від електродвигуна. Розроблено ескізні проєкти збірок блоків передач крутного моменту. Для шпинделя токарного верстата визначено стани навантаження, які включають сили різання та сили, отримані від ваги заготовки, що навантажують шпиндель під час процесу обробки. У третьому розділі була створена модель в програмі Autodesk Inventor, а потім промодельована з використанням методу скінченних елементів для дослідження деформації та напружень бабки. Максимальні значення сумарних приведених напружень виявлені на корпусі бабки, в зонах гвинтових з’єднань. Загальні приведені напруження досягають приблизно 80 МПа, що є досить низьким значенням з огляду на використовуваний матеріал. В інших частинах бабки сумарне приведене напруження не перевищує значення 20 МПа. Таким чином, бабка відповідає вимогам міцності. Навантаження на бабку було визначено відповідно до умов навантаження з максимальними зусиллями різання, розраховані значення загальної деформації не є авторитетні для кінцевої точності верстата. Значення деформації приблизно 0,1 мм в області переднього підшипника шпинделя можна вважати задовільним. Деформації відбуються в центрах опорних підшипників шпинделя. Деформація по x не перевищує 0,018 мм, по y – 0,011 мм, по z – 0,021 мм. Відповідно жорсткість окремих ділянок корпусу передньої бабки становить: по x – 1875 кН/мм і 1667 кН/мм, по y – 2727 кН/мм і 6000 кН/мм, по z – 1429 кН/мм. В четвертому розділі роботи здійснено економічну оцінку отриманого проектного рішення. Термін розробки та впровадження проектного рішення триватиме 90 днів, а витрати на його розробку і впровадження складатимуть 6 58411,7 грн. Дане проектне рішення матиме термін використання – 5 років. Річні витрати на експлуатацію проектного рішення становитимуть 43595,0 грн. Проектне рішення матиме ціну споживання для організації-розробника 172,61 грн. за день та для організації-покупця – 174,49 грн. за день протягом усього терміну використання. Отримані в роботі проектні рішення та відповідні досліджень вказують на їх тьактуальніс та доцільність використання на практиці. Ключові слова: верстат токарний, привід шпинделя, коефіцієнт жорсткості, CAD система, напруження максимальне, деформація максимальна, метод скінченних елементів.