Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. цели и задачи работы 8
1.1. Состояние технологической оснащенности механообрабатывающего производства Техническая характеристика комплекта ПТО.ОЦ-63 0 9
1.2. Теоретические и экспериментальные методы, применяемые при исследовании напряженно-деформированного состояния элементов станочных технологических приспособлений 33
1.3. Состояние исследований элементов технологической оснастки 36
1.4. Цель работы, постановка задач и методы исследования 39
Глава 2. Условия эксплуатации и силовые факторы нагружения унифицированной технологической оснастки для обработки корпусных деталей специзделий 42
2.1. Основные принципы классификации и анализ номенклатуры деталей специзделий 42
2.2. Выбор компоновочных вариантов конструкции комплекта 57
2.3. Анализ условий эксплуатации, определение нагрузок и расчетных схем 58
Выводы 66
Глава 3. Конструкторско-технологические основы разработанной унифицированной переналаживаемой технологической оснастки для обработки корпусных деталей специального назначения (УПТО-Р) 68
3.1. Назначение и особенности УПТО-Р 68
3.2. Состав и техническая характеристика УПТО-Р 69
3.3. Материал и термическая обработка 70
3.4. Точность и шероховатость обработки элементов УПТО-Р 72
3.5. Конструкция составных частей УПТО-Р 78
3.5.1. Базовые элементы 78
Выводы 88
Глава 4. Экспериментально-аналитическое исследование напряженно-деформированного состояния плит спутников 90
4.1. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния плит-спутников 90
4.1.1. Выбор и обоснование метода исследования 90
4.1.2 Постановка задачи и методика решения 91
4.1.3. Результаты исследования и выводы 98
4.2. Экспериментальные испытания опытных образцов плит-спутников с применением статической тензометрии 101
4.2.1. Методика испытаний 101
4.2.2. Результаты испытании 108
4.2.3. Выводы 117
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния плит-спутников с помощью метода спекл-голографической интерферометрии 117
4.3.1. Методика исследования 117
4.3.2. Результаты спекл-голографических измерений 123
4.3.3. Выводы 132
4.4. Общие выводы по результатам аналитических и экспериментальных исследований 133
Заключение 134
Литература 137
Приложение 147
- Теоретические и экспериментальные методы, применяемые при исследовании напряженно-деформированного состояния элементов станочных технологических приспособлений
- Анализ условий эксплуатации, определение нагрузок и расчетных схем
- Точность и шероховатость обработки элементов УПТО-Р
- Экспериментальные испытания опытных образцов плит-спутников с применением статической тензометрии
Введение к работе
Современное производство в области механической обработки характеризуется следующими основными особенностями:
универсальность - возможность ускоренной переналадки на обработку с одной номенклатуры деталей на другую;
мобильность - способность к перестройке технологического процесса;
гибкость - способность обработки более или менее часто меняющейся номенклатуры различных деталей;
адаптивность - способность приспосабливаться к временным технологическим отклонениям;
автономность управления - способность функционирования в условиях малолюдной или безлюдной технологии.
Практически на все эти особенности значительное влияние оказывает применяемая технологическая оснастка. Однако в работах, посвященных вопросам технологического оснащения современного механообрабатывающего производства, вопросам разработки, выбора, исследования прочностных и же-сткостных характеристик и эффективного использования станочных приспособлений не уделяется должного внимания. Вместе с тем, технологическую роль станочной оснастки в настоящий период трудно переоценить. Сложность построения и выполнения технологических процессов обработки деталей обуславливает большое разнообразие конструкций технологической оснастки и высокий уровень предъявляемых к ней требований. Неправильные технологические и конструктивные решения при выборе и изготовлении оснастки приводят к удлинению сроков подготовки производства и снижению его эффективности.
Как показывают результаты обследования ряда машиностроительных предприятий, затраты на изготовление и приобретение оснастки достигают 15-. 20% от стоимости оборудования, при этом значительную часть (80-90%) общего парка приспособлений составляют станочные приспособления для установ-
ки, базирования и закрепления обрабатываемых деталей [1]. Если же сравнивать затраты на подготовку производства, то на проектирование и изготовление оснастки приходится до 80% общей трудоемкости и 75-90% длительности процесса [2-6].
С целью повышения эффективности производства путем уменьшения затрат вспомогательного времени в условиях крупносерийного и массового производства используются быстродействующие приспособления (в основном, специальные неразборные), работающие от различных видов механизированных приводов. Применение такой оснастки в этих условиях экономически оправдано, и, кроме того, она не только сокращает вспомогательное время, но и резко снижает утомляемость рабочего. В единичном, мелкосерийном и среднесерийном производстве, характерных для современного производства, из-за высокой стоимости, недолговечности, загруженности инструментальных цехов предприятий она применяется чрезвычайно редко. Кроме того, применение высокопроизводительной и дорогостоящей специальной неразборной оснастки нерентабельно еще и потому, что в последние годы на большинстве машиностроительных предприятий наблюдается тенденция увеличения типов и номенклатуры выпускаемых изделий, частая их сменность (до 30% ежегодно), совершенствования конструкций новых машин и приборов. Поэтому нередки случаи, когда разработанная и изготовленная специальная неразборная механизированная оснастка списывается раньше срока своего физического износа.
Таким образом, возникает противоречие между необходимостью быстрого и эффективного оснащения технологических процессов современного производства изделий высокопроизводительной оснасткой и неоправданными затратами на ее изготовление.
Устранить это противоречие можно путем созданий технологического оснащения, допускающего переналадку или перекомпоновку конструкций приспособлений, а также использование при необходимости механизированных сборочных единиц, обеспечивающих быстродействующий зажим. Задача заключается в том, чтобы, с одной стороны, максимально повысить коэффициент
оснащенности (до экономически целесообразных размеров) высокопроизводительной оснасткой, а с другой - резко сократить сроки и стоимость проектирования и изготовления оснастки. Она успешно решается за счет унификации технологической подготовки производства, основанной на создании типовых и групповых технологических процессов и осуществления унификации и стандартизации технологической оснастки. Под унификацией технологической оснастки понимается возможность использования приспособлений для обработки и получения различных деталей путем переналадки или перекомпоновки этой оснастки, с заменой или регулировкой ее отдельных элементов. Унификация оснастки тесно связана с ее стандартизацией и универсализацией. Реализация этих мероприятий вносит определенную закономерность в конструирование, сокращает разнообразие технических решений при проектировании приспособлений и ограничивает типаж применяемой на предприятии оснастки. Это позволит насытить технологические процессы высокопроизводительной оснасткой путем создания на предприятиях отрасли такой системы технологического оснащения, которая будет обладать преемственностью оснащения от изделия к изделию и отличаться высоким уровнем универсальности.
В связи с вышеизложенным остро встает вопрос о создании комплекта унифицированной технологической оснастки, обеспечивающей успешную ее эксплуатацию в условиях современного производства, апробации ее на ряде предприятий и организаций специализированного производства, так как только в этом случае достигается положительный эффект при ее использовании [4, 6-12].
Успешное решение возникшего вопроса возможно лишь при правильном выборе конструктивных параметров и оптимальных, научно-обоснованных конструктивно-технологических параметров разрабатываемых приспособлений, исследовании прочности и жесткости основных элементов оснастки, обеспечивающих .при минимальной металлоемкости требуемую точность обработки.
Трудность решений этой задачи заключается в том, что по разработке и
исследованию унифицированной технологической оснастки для современного механообрабатывающего производства практически нет конкретных рекомендаций. В большинстве случаев приспособления такого типа проектируются каждым предприятием самостоятельно, по разнообразным, подчас противоречивым, схемам базирования, основным параметрам и конструкциям.
Настоящая работа впервые рассматривает вопрос комплексного, научно-обоснованного подхода к разработке конструкций унифицированной технологической оснастки для механообрабатывающего производства и достоверного определения конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров основных ее элементов, обеспечивающих длительную работоспособность и необходимую точность обработки.
Решение задачи рассматривается на примере нового подхода к оснащению современного механообрабатывающего производства и создания принципиально новой конструкции унифицированной технологической оснастки для производства корпусных деталей изделий специального назначения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
принципиальная конструкция унифицированной технологической оснастки для обработки корпусных деталей изделий специального назначения;
методические рекомендации по определению конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров, обеспечивающих максимальное использование и работоспособность конструкций;
результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния основных элементов оснастки и точности деталей, изготовленных с ее применением;
результаты внедрения опытных комплектов унифицированной технологической оснастки для обработки корпусных деталей изделий специального назначения.
Теоретические и экспериментальные методы, применяемые при исследовании напряженно-деформированного состояния элементов станочных технологических приспособлений
Одним из основных требований, предъявляемых современным производством к станочной технологической оснастке, является возможность применения для обработки деталей различной номенклатуры, формы размеров, с раз-d личными точностными, весовыми параметрами, усилиями резания. Реализация этих требований при разработке конструкций вызывает противоречие между необходимостью выполнения условий по жесткости и прочности и минимальными исполнительными размерами и весом конструкции. Единственно правильным вариантом решения этого противоречия могут быть только научно-обоснованные методы расчета деталей, дающие возможность определить необходимые геометрические размеры, проанализировать напряженно-деформированное состояние в опасных сечениях и установить его важнейшие компоненты.
Теоретической основой инженерных расчетов элементов технологической оснастки на прочность и жесткость и исследований их напряженно-деформированного состояния является математическая и прикладная теория упругости [83-87]. На практике при расчетах элементов оснастки пространственную задачу теории упругости путем ряда упрощающих предположений, касающихся распределения напряжений или деформаций, стремятся свести к плоской, так как решение пространственной задачи зачастую оказывается весьма сложным. В этих случаях широкое применение находят приближенные методы расчета, которые можно разбить на две группы: вариационные методы, связанные с принципом минимальной потенциальной энергии, и численные ме тоды, такие как метод конечных разностей, прямых и конечных элементов.
Основными вариационными методами являются метод Ритца-Тимошенко и метод Бубнова - Галеркина [83, 87]. По методу Ритца-Тимошенко вначале решение представляют в форме ряда, удовлетворяющего граничным условиям и содержащего неопределенные параметры. Затем принятые функции подставляют в выражения для потенциальной или дополнительной энергии, производят интегрирование и последующее дифференцирование по искомым параметрам. Если взятое выражение включает полную последовательность функций, то полученное таким образом решение является точным, однако в большинстве случаев принимается во внимание только конечное число параметров, поэтому получаемое решение будет лишь приближенным. При использовании метода Бубнова - Галеркина решение задачи сводится к построению некоторого дифференциального оператора с двумя переменными, удовлетворяющими однородные граничные условия, подбору системы функций, также удовлетворяющих граничные условия и превращающих оператор в нулевое тождество, и отысканию конечного числа неопределенных коэффициентов при всех членах ряда выбранных функций.
Среди численных теоретических методов, применяемых для прочностных расчетов технологической оснастки, наибольшее распространение получил метод конечных элементов [88-91]. По сути своей он аналогичен вариационному методу Ритца-Тимошенко и состоит в том, что каждый элемент сплошной среды заменяется строительной конструкцией с теми же физико-механическими свойствами. Задача сводится к определению сил и перемещений в отдельных точках, называемых узлами. При этом уравнения равновесия и совместности должны быть соблюдены лишь в узлах соединения элементов, что сильно упрощает решение задачи и позволяет эффективно применять хорошо разработанные методы строительной механики.
Теоретические методы исследования прочности конструкций позволяют производить инженерные расчеты на стадии проектирования и определять оптимальные конструктивные параметры, обеспечивающие высокое качество из делий. Однако решение трехмерных задач теоретическими методами в ряде случаев существенно затруднено. В подобных ситуациях на помощь приходят экспериментальные методы изучения напряженно-деформированного состоя-ния конструкций технологической оснастки [92-94].
Существует большое количество экспериментальных методов исследования прочности, которые по виду экспериментального устройства, включающего ряд приборов, приспособлений, инструментов, можно разбить на три основные группы - механические, электроизмерительные и оптические.
Механические методы исследования основаны на использовании механических средств, приборов, инструментов для замеров перемещений и деформаций исследуемых конструкций. Самый распространенный среди них - метод непосредственных замеров, использующий индикаторы, тензометры, различный мерительный инструмент и т.д.
Электроизмерительные методы основаны на применении различных видов датчиков, т. е. чувствительных элементов, преобразующих измеряемую величину в электрический сигнал. Наибольшее распространение среди электроизмерительных методов получил метод динамической и статической тензометрии [95-96], использующий датчики активного сопротивления. К преимуществам электроизмерительных методов относится их надежность, компактность и, при необходимости, миниатюрность датчиков, дистанционность и возможность автоматизации записи исследуемых процессов. Однако при этом требуется специальная тензометрическая аппаратура и необходима тщательная подготовка эксперимента.
Среди оптических методов исследования напряженно-деформированного состояния конструкций в настоящее время основными являются метод фото упругости, метод муаровых полос и метод голографической интерферометрии.
Метод фотоупругости [97-99] является поляризационно-оптическим ме тодом исследования напряжений. Заключается он в том, что применяемые для изготовления моделей пьезооптические (оптически активные) материалы обладают свойством двойного лучепреломления, величина которого измеряется оп тическим методом при просвечивании модели поляризованным светом. При пропускании света через прозрачную кристаллическую пластину световая волна разлагается на две плоско-поляризованные волны, имеющие взаимно-перпендикулярные плоскости поляризации. Интерференционная картина на фоне исследуемого объекта на голограмме появляется в том случае, если за оп-ределенный промежуток времени, например, между двумя экспозициями, объект претерпевает некоторые изменения (деформации, перемещения и др.). Последующая расшифровка интерференционной картины позволяет описать напряженно-деформированное состояние исследуемого элемента.
Здесь были перечислены и кратко охарактеризованы только основные наиболее применяемые теоретические и экспериментальные методы, используемые разработчиками в процессе создания новых видов технологической оснастки. Имеется, конечно, целый ряд и других как теоретических, так и экспериментальных методов, однако применяются они при конструировании приспособлений гораздо реже по сравнению с названными.
Из сказанного следует, что в настоящее время в арсенале исследователей и конструкторов технологической оснастки имеется большое число теоретических и экспериментальных методов исследования деталей на прочность и жесткость. Однако, в каждом конкретном случае необходимо квалифицированно и обоснованно выбирать необходимый метод, который с наименьшими затратами средств и времени приведет к решению поставленной задачи по отысканию оптимальных форм и размеров конструируемой сборочной единицы или элемента приспособлений, соответствующая прочность и жесткость которого требуется как для его надежности, так и для обеспечения требуемой точности обработки деталей.
Анализ условий эксплуатации, определение нагрузок и расчетных схем
Станочные приспособления являются одним из основных звеньев силовых, размерных и кинематических цепей технологической системы «станок -приспособление - инструмент - деталь». На рис. 2.1 приведена схема взаимодействия элементов данной системы. Каждое звено системы можно вычленить, заменив его связи с другими элементами соответствующими кинематическими и силовыми воздействиями, при этом, выделяя из рассматриваемой системы приспособление, необходимо учитывать воздействия на него со стороны обрабатываемой детали и станка. Воздействие со стороны заготовки зависит от сил резания, способа ее закрепления в приспособлении и усилий закрепления. Последние представляют собой постоянную величину, зависящую от степени затяжки крепежных элементов или усилия, создаваемого механизированным приводом. Силы резания зависят от вида выполняемой технологической операции, режимов резания и характеристик инструмента. Величина воздействия со стороны станка определяется способом и усилиями его закрепления. На рис. 2.2 приведена схема взаимодействия основных элементов исследуемой системы унифицированной технологической оснастки. Базовый элемент системы (корпус) является элементом, замыкающим на себе внутренние и внешние усилия в исследуемой системе. Непосредственное воздействие на корпус оказывают координатно-базирующие элементы, воспри-нимающие, в свою очередь, действия сил резания, а также стол станка, ограничивающий перемещения точек подошвы корпуса. Координатно-базирующие элементы испытывают воздействие усилий резания через наладку с заготовкой, а в качестве ограничений выступают условия сопряжения с базовым элементом. Усилия резания представляют собой в общем случае нестационарное динамическое воздействие с изменяющимся направлением и точкой приложения по ходу выполнения технологической операции.
Силы резания зависят от: - геометрической формы, размеров и типа режущего инструмента; - режимов резания (глубины резания tp , подачи s. скорости п вращения инструмента (рис.2.3); - характеристик обрабатываемого материала; -вида выполняемой операции. С помощью известных теоретических и эмпирических зависимостей можно получить значения компонент Рх, PY И PZ ПОЛНОГО усилия Р действующего на инструмент, как функций указанных выше параметров и времени t. При этом в подавляющем большинстве случаев данное усилие может быть представлено в виде: где - Ро квазистатическая составляющая усилий резания; P(t) - полигармоническое воздействие, характерные частоты которого, как правило, намного ниже собственных частот колебаний элементов станоч- ных приспособлений. На основании этого перемещения U и напряжения О в элементах оснаст ки представимы в виде: В силу относительно низких возбуждающих нагрузок P(t) их воздействие на исследуемые элементы можно оценить по реакции на квазистатическое воз действие Таким образом, расчет прочностных и жесткостных характеристик исследуемых элементов производится при действии квазистатических нагрузок При действии на элементы приспособления нагрузок с координатами X,y,Z (рис.2.4) статическая эквивалентная система усилий Qx, Qy, Qz и моментов Мх, My, Mz вычисляется по соотношениям: Экстремальные значения нагрузок х У z станков можно указать исходя из их технических возможностей. Координаты X, у, Z ограничены размерами рабочей зоны станка.
Таким образом, на основе анализа указанных факторов можно определить экстремальные нагрузки на элементы приспособ- . лений и выделить их доминирующие компоненты. Анализ схем действия усилий резания на приспособления комплекта унифицированной технологической оснастки позволил выделить следующие характерные схемы нагружения (рис. 2.5-2.10). На рис. 2.5 приведены четыре варианта действия усилий резания на обрабатываемую деталь при установке ее на сменную плиту, а через нее - на куб. Куб позволяет устанавливать сменные плиты на опорные плоскости х=о, х=300, у=-150, у=150. Соответственно этому увеличивается число различных вариантов схем действия усилий резания. Однако, благодаря тому, что куб обладает двумя плоскостями симметрии, достаточно рассмотреть случай размещения плиты на одной из опорных плоскостей. Учитывая то, что куб обладает набольшими технологическими возможностями, он был выбран в качестве базового при исследовании реакции на действие различных типов усилий резания. Реальные величины и направления действия усилий резания зависят от вида обрабатываемой детали, схемы ее базирования и закрепления, типа операции, положения и ориентации обрабатываемой поверхности, характеристик режущего инструмента и используемых режимов резания. В общем случае на куб действует система сил, которые можно представить в виде наложения наиболее простых схем (вариантов) нагружения.
Точность и шероховатость обработки элементов УПТО-Р
Точность изготовления и шероховатость обработки поверхностей деталей УПТО-Р имеет большое значение при эксплуатации оснастки. От этих факторов зависит качество сборки сборочных единиц УПТО-Р, качество сборки компоновок приспособлений на базе УПТО-Р, долговечность и надежность ответственных деталей и сборочных единиц. Эти условия предопределяют необходимость изготовления деталей УПТО-Р с повышенными точностными и чис-тотными характеристиками.
С другой стороны, точность и шероховатость обработки деталей УПТО-Р должны быть рациональными, так как повышение точности и уменьшение шероховатости обработки увеличивает расходы на изготовление элементов УПТО-Р. Исходя из вышеизложенного, выбор точности и шероховатости обработки осуществлялся с учетом следующих основных факторов: - точность обработки и шероховатость поверхностей находятся во взаи мосвязи (чем выше точность обработки, тем меньше должна быть шероховатость поверхности); - конструктивно-эксплуатационная связь точности и шероховатости соединяемых деталей зависит от износа сопрягаемых поверхностей при их относительном перемещении; - конструктивно-технологическая связь точности и шероховатости соединяемых деталей зависит от технологических возможностей оборудования и технологии обработки; - повышенная точность и уменьшенная шероховатость изготовления должна применяться только для тех поверхностей, от которых зависит работо способность конструкций УПТО-Р; - от точности и шероховатости обработки зависит длительность службы элементов УПТО-Р, поэтому срок эксплуатации оснастки не должен оказывать заметного влияния на ухудшение эксплуатационных характеристик; - точность изготовления деталей должна обеспечить взаимозаменяемость элементов УПТО-Р аналогичного назначения; - малая шероховатость поверхностей уменьшает коррозию, а следовательно, повышает их долговечность; - качество поверхностей должно быть достаточным для проведения необходимых измерений с требуемой точностью; - назначение точности и шероховатости обработки типовых поверхностей осуществлялось с учетом действующих методических указаний и рекомендаций (стандартов СЭВ, государственных стандартов, отраслевых стандартов и т.п.). На основании вышеизложенного были назначены квалитеты точности и параметры шероховатости поверхностей элементов УПТО-Р, основные из которых указаны в табл. 3.4. Для облегчения конструкции в корпусе выполнена полость 2, а на его боковых поверхностях - окна 3.
При установке куба на стол станка он базируется координатными отверстиями 4 втулок 5, установленных на основании корпуса 1, и закрепляется болтами через пазы 6, выполненные с четырех сторон основания корпуса. Для базирования универсальных плит из группы «сменные элементы» на каждой из боковых сторон куба установлены по две втулки 7 с координатными отверстиями 8, а для закрепления выполнено восемь резьбовых отверстий 9. Для установки рым-болтов при транспортировании на верхней поверхности выполнены два резьбовых отверстия 10. На рис. 3.2 показана конструкция куба с габаритными размерами 190x190x270 мм. Корпус 1 также выполняется литым. Для уменьшения металлоемкости в корпусе выполнена полость 2. Для базирования и закрепления на столе станка в основании корпуса 1 установлены втулкиЗ с координатными отверстиями 4 и выполнены отверстия 5. Основное отличие от куба, приведенного на рис.3.1, заключаются в том, что на боковых поверхностях выполнены не координатные и резьбовые отверстия для установки универсальных плит, а сетки установочных 6 и крепежных 7 отверстий для базирования и закрепления УЗЭ или спецналадок.
Экспериментальные испытания опытных образцов плит-спутников с применением статической тензометрии
Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей показал, что наибольшая нагрузка к плите-спутнику будет приложена при закреплении в ее середине жесткой стойки размером основания 100x100 мм. Высота стоики Н= 330 мм выбирается из условия максимально возможной высоты обрабатываемое на станке детали.
В общем случае при обработке деталей фрезерованием возникают следующие силовые факторы нагружения: - усилие, направленное в сторону подачи инструмента; - тангенциальное усилие на инструменте (оно обычно принимается равным 50% от усилия подачи); - крутящий момент на инструменте. Из паспортных данных станка типа ИР-500, с которым эксплуатируются плиты-спутники ОМ 7021.4036.020, усилие подачи стола "поперек" равно кН и наибольший крутящий момент на шпинделе станка равен 700 Нм. На рис. 4.4 приведена общая схема нагружения плиты-спутника. Схема закрепления плиты-спутника для исследования показана рис. 4.6. Плита-спутник I закрепляется на жестком по сравнению с ней основании 2, имитирующем стол станка. Между плитой-спутником и основанием установлены четыре опоры 3, размеры в плане и расположение которых соответствует условиям опирання плиты-спутника в базовом приспособлении. Плита крепится к основанию четырьмя прихватами 4, каждый из которых обеспечивает заданное усилие прижима, равное Р3= 20 кН. Усилие прижима контролируется тензометрическим силоизмерителем, устанавливаемым между прихватом и плитой-спутником (на рис.6 не показан). Усилию прижима Р3= 20 кН соответствует момент затяжки гайки MI6 М3= ПО Нм, контролируемый динамометрическим ключом. Варианты приложения к плите-спутнику усилий, имитирующих усилия резания, показаны на рис. 4.7 а, б. На рис. 4.7 а показано создание усилия в горизонтальной плоскости. В центре плиты-спутника устанавливается стойка I, жестко соединенная с ней четырьмя шпильками. Усилия в горизонтальной плоскости создаются винтом 2, который вворачивается в упор 3, закрепленный на основании. Усилие контролируется образцовым динамометром 4, установ ленным между стойкой и винтом. Усилие, создающее крутящий момент контролируется образцовым динамометром 7. Длина плеча приложения усилия - 0,45 м. На рис. 4.76 показана реализация приложения к стопке крутящего момента. Для этого на стойке крепится поперечина 5, в которую упирается винт 6. Для создания симметричного нагружения плиты-спутника (вариант 7 табл. 4.1.) вводится нагружение ее вертикальной силой Р=-10 кН в центре. Она создается шпилькой, стягивающей плиту-спутник и основание. Усилие, прилагаемое к плите, измеряется тензометрическим силоизмерителем 8, подключенным к измерителю статических деформаций ИСД-3.
Наиболее общая схема фрезерования паза представлена на рис. 4.5, вариант 2. Результирующее горизонтальное усилие Р равно Сила Р направлена под углом а к оси X, которым вычисляется по формуле: Испытания проведены для семи основных случаев нагружения, силовые факторы которых представлены в таблице 4.1. Для определения напряженного состояния плиты-спутника толщиной 30 мм на ее нижнюю (нерабочую) поверхность наклеены тензометрические датчики типа КФ-5 базой 10 мм. Применяемый клей - циакрин ЭО. Показания величины относительной деформации поверхности плиты-спутника регистрируются цифровым тензометрическим мостом ЦТМЗ. Схема наклейки тензодатчиков, установки индикаторов, их нумерация приведены на рис.4.8. Для замера перемещений точек верхней поверхности плиты-спутника в вертикальном направлении над ней располагаются индикаторы часового типа ИЧ-10. Индикаторы закреплены в шаблоне из органического стекла, который установлен на четырех опорах на основании и не связан с плитой-спутником. Применение шаблона для крепления индикаторов дает возможность измерения перемещения точек плиты с шагом 40 мм по координатам X и У. На схеме индикаторы обозначены кружками (рис. 4.8). По результатам замеров перемещении, деформаций и напряжении плит-спутников различной толщины (30, 45, 60 мм) определяется оптимальное значение толщины, обеспечивающее при минимальной металлоемкости необходимую точность обработки деталей. Определение напряженного состояния плит-спутников проводилось на плите толщиной 30 мм. В таблице I представлены семь наиболее характерных вариантов нагружения. Вариант 7 нагружения необходим для контроля симметрии перемещений и напряжении в плите. Прогибы плиты-спутника при всех вариантах нагружения представлены в табл. 2. По данным таблицы построено распределение перемещений W вдоль осей координат. Из таблицы 2 и рисунков видно, что наибольший прогиб плиты-спутника возникает при втором варианте нагружения (Рх = -10 кН, Ру = -5 кН, Мх = 700 Нм) и составляет 0,24 мм в точке плиты с координатами (240,0) -наиболее удаленной от центра со стороны приложения усилия подачи инструмента. Отсутствие момента Мх = О снижает прогибы плиты-спутника на 0,01-0,02 мм по всему ее полю. При нагружении плиты-спутника вертикальной силой Pz= -10 кН в центре (вариант 7) прогибы плиты в центре составляют 0,11 мм и снижаются до 0,05 мм при удалении от центра на 240 мм. Для определения напряженного состояния плиты-спутника была проведена тарировка тензодатчиков при нагружении балки равного сопротивления. Единица относительной деформации (I е.о.д.=0,00001) показаний ЦТМ-З соответствует напряжениям на поверхности о=1,2 МПа
Деформации в местах наклейки тензодатчиков вычисляются по формуле: где- Aj - деформация в і -точке плиты; No- показания ЦТМ-З в ненагруженном состоянии плиты; Np показания ЦТМ-З при нагружении. Величины напряжении на нижней поверхности плиты-спутника приведены в таблице 4.3. По приведенным значениям видно, что максимальное значение напряжений равно 80 МПа при фрезеровании паза, вариант 2, в точке с координатами (0,100). На рис. 4.11 показано распределение осевого напряжения ох вдоль оси X. Напряжения ох не превышают 20 МПа в центре плиты и на расстоянии от центра 180 мм уменьшаются до 5-8 МПа. Максимальные напряжения, возникающие в плите-спутнике, не превышают 80 МПа, что составляет -30% от предела пропорциональности материала плиты, и при повышении толщины плиты до 45 и 60мм напряжения уменьшаются в 3,4 и 8 раз соответственно. Поэтому оценка напряженного состояния плит толщиной 45 и 60 мм не проводилась. Была проведена оценка жесткости плит-спутников в зависимости от их толщины, а также оценка влияния заливки втулок на жесткость плиты. Определение жесткости плит толщиной 45 и 60 мм проводилось при нагрузках Рх = -10 кН, Ру = -5 кН (вариант I). Величины прогибов плит без заливки втулок и резьбовых пробок приведены в таблице 4.4. По данным таблиц 4.2 и 4.4 построены графики прогибов плит-спутников толщиной 30 мм - с заливкой втулок и резьбовыми пробками и без них; толщиной 45 и 60 мм - без втулок и резьбовых пробок (рис. 4.13,4.14). Ломаные I, 2, 3 соответствуют прогибам плит-спутников толщиной-30, 45 и 60 мм без заливки втулок и резьбовых пробок. Ломаная 4 соответствует прогибам плит-спутников толщиной 30 мм с залитыми втулками и ввернутыми резьбовыми пробками.
