КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ БЕТОННОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ЖЕСТКОСТЬ ПОРТАЛА ТЯЖЕЛОГО СТАНКА

Выполнено виртуальное испытание портального станка методом конечных элементов. Произведен статический, модальный и гармонический анализ портала тяжелого продольно-фрезерного станка. Выяснено влияние бетонного наполнителя на динамическую податливость станка. Особенность моделирования – заполнение бетоном высокорасположенной траверсы. Это нехарактерное решение для станкостроения. Бетон рассматривался как обобщенный материал, в двух вариантах. Установлено, что применение бетона повышает статическую жесткость станка по каждой из координат примерно в три раза. Для этого требуется замыкание контура жесткости путем заливки всех полостей внутри портала. С помощью модального конечно-элементного анализа установлено, что бетон сравнительно слабо (в 1,3–1,4 раза) поднимает частоты резонансных мод. Частота самой нижней моды увеличивается с 30,25 до 42,86 Гц. Выявлены три наиболее активные общестаночные моды – «Клевки портала», «Параллелограмм» и «Клевки траверсы». Для сдерживания последней моды ключевым действием является заполнение бетоном именно траверсы. Для диапазона 0–150 Гц путем гармонического МКЭ-анализа построены амплитудно-частотные характеристики и кривые динамической жесткости шпинделя. Выявлено, что бетон в 2,5–3,5 раза повышает динамическую жесткость станка. Эффект достигается даже на слабо демпфирующем бетоне (2 %). Это происходит из-за распределения потока колебательной энергии как по бетону, так и по чугуну. Поэтому плотность энергии и амплитуды колебаний должны снижаться. Показана допустимость внутреннего усиления наполнителями высокорасположенных деталей станков, например, портальных траверс. Утяжеление траверсы компенсируется дополнительной крутильной, сдвиговой и изгибной жесткостями. Станок получает возможность чернового прерывистого резания даже на резонансных частотах. Полная заливка полостей портала бетоном – однозначно положительное действие как для статических, так и для динамических свойств станка.

1. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган; пер. с англ. М.: Мир, 1986. 312 с.

2. Кирайдт, Ю. Н. Продукция УП «МЗОР» / Ю. Н. Кирайдт // Машиностроение-2010: технологии – оборудование – инструмент – качество: Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 7–8 апр. 2010. Минск: Бизнесофсет, 2010. С. 91–92.

3. Козловский, Н. А. Жесткость и виброустойчивость тяжелых фрезерных станков / Н. А. Козловский, М. П. Зайкин. Минск: Наука и техника, 1986. 135 с.

4. Анализ жесткости подвижного портала продольно-фрезерного станка типа «Гентри» / В. И. Туромша [и др.] // Вестник Гомельского государственного технического университета имени П. О. Сухого. 2011. № 3 (46). С. 15–28.

5. Повышение жесткости ползуна продольно-фрезерного станка с подвижным порталом / В. И. Туромша, [и др.] // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2011. № 11. С. 104–112.

6. Модальный анализ портала тяжелого продольно-фрезерного станка типа «Гентри» / В. И. Туромша [и др.] // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2013. № 3. С. 38–48.

7. Гармонический анализ порталов тяжелых продольно-фрезерных станков типа «Гентри» с помощью МКЭ / С. С. Довнар [и др // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B. Промышленность. Прикладные науки. 2014. № 11. С. 25–36 .

8. Lopez de Lacalle, L. N. Machine Tools for High Performance Machining / L. N. Lopez de Lacalle, A. Lamikiz. Springer, 2009. 442 p.

9. Кудинов, В. А. Динамика станков В. А. Кудинов. М.: Машиностроение, 1967. 359 с.

10. Браиловский, М. И. Металлобетонные базовые конструкции металлорежущих станков / М. И. Браиловский, А. Г. Воскобойник, А. А. Воскобойник. Коломна: Воентехиздат, 2010. 76 с.

11. Simon, M. Study of Improving Static Rigidity on Machine Tool Structure using Concrete Component / M. Simon, A. L. Grama, M. Ganea // The 6th Edition of the Interdisciplinarity in Engineering International Conference “Petru Maior” University of Tîrgu Mureş, Romania, 2012. Р. 26–29.

12. Khurmij, R. S. Machine Design / R. S. Khurmij, K. Gupta. Ram Nagar, New Delhi: Eurasia Publishing House (PVT), 2005. 1251 p.

13. МКЭ-анализ влияния конструктивных вариантов портала на динамику портального станка / С. С. Довнар [и др.] // Машиностроение : республиканский межведомственный сборник научных трудов. Минск: БНТУ, 2015. – Вып. 29. – С. 14-22.

14. Stability Prediction for Milling / J. Gradisek [et al.] // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2005. Vol. 45, No 7–8. Р. 769–781.

15. Кунец, Г. Высокоскоростная обработка и традиционный технологический базис: преодоление несовместимости / Г. Кунец // Мир техники и технологий. 2004. № 6. С. 35–37.