CC BY
2
Дао Ван Луу, канд. техн. наук, [email protected]. Вьетнам, Ханой, Государственный технический университет имени Ле Куи Дона.
JAMMING DIAGRAM OF NON-RIGID OF CYLINDRICAL PARTS DURING ROBOTIC ASSEMBLY BASED ON THE USE
OF A FORCE-TORQUE SENSOR
M.V. Vartanov, E.A. Kogan, Nguyen Van Linh, Dao Van Luu
To develop the technology of robotic assembly, it is necessary to determine the conditions for jamming parts. A mathematical model of a robotic assembly has been developed, which is necessary to identify the position of the non-rigid shaft by signals from a force-torque sensor. The obtained analytical solutions made it possible to determine the conditions for the occurrence of jamming of the elastic shaft during two-point contact during the coupling of the shaft with a rigid sleeve. The calculated and experimental values of the moment make it possible to correct the program trajectory of the output link of the robot during the coupling process.
Key words: robotic assembly, force-torque sensor, jamming conditions, non-rigid parts, jamming diagram.
Vartanov Mikhail Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected]. Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Kogan Efim Alexandrovich, candidate of physical and mathematical sciences, docent, [email protected]. Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Nguyen Van Linh, postgraduate, nguyenlinh. hvktqs@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic
University,
Dao Van Luu, candidate of technical sciences, [email protected], Viet Nam, Ha Noi, Le Quy Don Technical
University
УДК 621.715.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-664-665
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ В ИЗГОТОВЛЕНИИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Р.А. Жилин, П.В. Стрункин, С.А. Никитин
Рассматриваются возможность использования новой конструкции фрезы, изготовленной с помощью аддитивных технологий, являющейся альтернативной традиционной цельнометаллической. Рассмотрены несколько вариантов гибридной конструкции, включающей оболочечный хвостовик и массивную рабочую. Анализ проводился с использованием возможностей численного моделирования с применением метода конечных элементов.
Ключевые слова: аддитивные технологии, высоко технологическая оснастка, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние.
За последние годы развитие технологий изготовления изделий шагнуло на качественно новый уровень. Применение 3D-печати, или другими словами аддитивных технологий, во всех областях техники и строительства дало технологам современный и мощный инструмент. Конструкторы в свою очередь часто не учитывают многие открывшиеся перспективы. К таким возможностям можно отнести создание таких конструктивных форм, которые невозможно получить никакими традиционными методами. При этом механические характеристики изделий полученных при помощи 3D-печати не уступают, а иногда и превосходят аналогичные свойства изделий, изготовленных привычным способом [1-3].
Цель данной работы - обратить внимание конструкторов на новые возможности проектирования вращающихся инструментов с применением аддитивных технологий.
В качестве объекта исследования выбрана фреза длинной 135 мм и наружным диаметром 65 мм. Согласно техническим условиям эксплуатации при работе фреза должна быть неподвижно зажата в цанговом пяти лепестковом патроне. Усилие затяжки, создаваемое патроном достигает 54000 Н, при этом каждый лепесток создаёт усилие 10,8 кН [4-8]. По условию постановки задачи исследование напряжённо-деформированного состояния новой конструкции было решено провести в условии предварительной затяжки в цанговом патроне.
Традиционная форма фрезы представляет собой металлическую державку с проточками в головной части для установки сменных резцовых пластин и выброса стружки. Внутри тела фрезы высверливают каналы для подачи охлаждающей жидкости в рабочую зону.
Альтернативная конструкция предполагает вместо сплошного цилиндрического хвостовика использовать оболочечную конструкцию, усиленную ребрами жёсткости. В центральной части хвостовика смоделирован подвод охлаждающей жидкости. Головная часть фрезы новой конструкции была оставлена практически неизменной цельнометаллической.
Было спроектировано четыре конструктивных модели оболочечной конструкции хвостовика, отличающиеся различным расположением и конфигурацией ребер жесткости.
Создание конечноэлементных моделей концевой фрезы опиралось на рабочие чертежи цилиндрической фрезы. В модель были внесены конструктивные упрощения, оказывающие незначительное влияние на оценку прочности и жесткости детали [10]. Для всех созданных численных моделей общим являются объемные конечные
элементы в головной части и оболочечные в хвостовике. Моделирование было проведено в среде программного комплекса «Моделирование и Анализ Контактных Систем» [9-13]. Полученные конечноэлементные модели представлены на рис. 1. Различный цвет конечных элементов иллюстрирует различную толщину оболочек. Первая модель выполнена с двумя оболочечными коническими рёбрами жёсткости (рис. 1 а), вторая - помимо указанных двух ребер ещё усилена центральным плоским ребром (рис. 1 б), третья - вместо с центрального плоского ребра установлено коническое ребро (рис. 1 в), четвёртая - с четырьмя оболочечными коническими дисками (рис. 1 г).
№ \
ш
5 АДЙ
б
дш
в г
Рис. 1. Конечноэлементные модели с местным разрезом в хвостовике
Численное моделирование в среде программного комплекса МАКС позволило получить пространственные эпюры полей напряжений и деформированного состояния для каждой из четырёх моделей.
Для удобства анализа результатов численного моделирования на рис. 2 представлены графики сравнения эквивалентных напряжений по десяти наиболее характерным узлам моделей. Выбрано пять узлов на наружной оболочке и пять на центральном канале для подвода охлаждающей жидкости.
В первой модели наибольший уровень деформированного состояния равный 0,00368 мм наблюдается на наружной цилиндрической поверхности в области приближенной к торцу хвастовика (рис. 3 а).
] модель
3 модаль
- 4 модель
1 2 1 4 ?
-] модель -2 модель -3 модель -4 модель
б
Рис. 2. Эквивалентные напряжения на наружной поверхности (а) и внутри хвостовика (б)
Вторая модель за счёт плоского ребра жесткоски показала самые средние характерискики по сравнению со всеми остальными моделями.
а
а
Третья модель усиленная дополнительным конусом, основание которого примыкает к области концентрации максимальной деформации, выявленной при исследовании первой модели первой модели, по результатам численного моделирования показала снижение уровня деформации до 0,00333 мм, распределение эпюры перемещений стало более симметричным и равномерным (рис. 3 б).
Четвёртая модель показала самые низкие характеристики напряженно-деформированного
состояния.
а б
Рис. 3. Эпюры перемещений в первом (а) и в третьем (б) вариантах конструкции
Выводы:
1. При изготовлении хвостовика с оболочечными ребрами жесткости в сравнении с традиционной фрезой материалоёмкость снизилась в два раза.
2. Напряженно-деформированное состояние всех представленных моделей не превышает допустимых значений при затяжке.
3. Наиболее удачным с точки зрения распределения нагрузки, изготовленном гибридным технологическим процессом с применением аддитивных технологий, является третий вариант фрезы. В данном варианте модели возникают самые низкие эквивалентные напряжения (до 20,16 МПа) и наименьшие показатели линейной деформации (до 0,003333 мм).
Список литературы
1. Довбыш В.М., Забеднов П.В., Зленко М.А. Аддитивные технологии и изделия из металла [Электронный ресурс] http://nami.ru/uploads/docs/centr technology docs/55a62fc89524bAT metall.pdf (дата обращения: 01.09.2023).
2. 3D-печать металлами — технологии и принтеры. 3D-принтеры, Блог компании «Top 3D Shop» [Электронный ресурс] https://habr.com/ru/company/top3dshop/blog/400731 (дата обращения: 01.09.2023).
3. Степанова Е.Ю., Бурнашов М.А., Степанов Ю.С. Аддитивные и гибридные технологии в производстве инструмента и технологической оснастки: состояние, экономика, перспективы. Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 1 C. 141-146.
4. ГОСТ 29092-91 Фрезы цилиндрические. Технические условия. М., 1991.
5. ГОСТ 24644-81 Концы шпинделей и хвостовики инструментов сверлильных, расточных и фрезерных станков. Размеры. Технические требования. М., 1981.
6. ГОСТ 17166-71 Инструмент вспомогательный к металлорежущим станкам. Общие технические требования. М., 1971.
7. ГОСТ 2876-80. Цанги зажимные. Основные и присоединительные размеры. М., 1980.
8. ГОСТ 26539-85 Патроны цанговые с конусом 7:24 для крепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком. Основные размеры. М., 1985.
9. Гольник Э.Р., Радченко И.Г., Лейкин М.А. и др. Программный комплекс МАКС и опыт его применения в САПР тяжелых механических прессов // Кузнечно-штамповочное производство. 1995, № 3. С. 19 - 22.
10. Рейтман М.И., Шапиро Г.С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел. М.: Наука,
1976. 258 с.
11. Гольник Э.Р., Жилин Р.А., Радченко И.Г., Рукин Ю.Б. Новые возможности системного математического моделирования при проектировании кривошипных горячештамповочных прессов // Кузнечно-штамповочное производство, 1998. № 3. С. 24-28.
12. Рукин Ю.Б., Жилин Р.А., Измайлов В.Ю. Дискретное моделирование машин и конструкции // НАУКА-ПРОИЗВОДСТВУ, 2006. № 5. С. 119-121.
13. Гольник Э.Р., Дибнер Ю.А., Жилин Р.А. Анализ состояний контактных стыков составных станин тяжелых КГШП в зависимости от уровня их затянутости // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 2001. № 3. С. 22-28.
14. Krasnova M.N., Zhilin R.A., Strunkin P.V. Manufacturing of products with application technologies // International Conference «Scientific research of the SCO countries: synergy and integration», Part 2, March 26, 2019. Beijing, PRC, With. 157-174.
15. Жилин Р.А., Краснова М.Н., Стрункин П.В. Аддитивные технологии в инструментальном производстве // Высокие технологии в строительном комплексе, 2019. № 1. С. 110-115.
Жилин Роман Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет,
Стрункин Павел Владимирович, сотрудник, [email protected], Россия, Воронеж, Воронежский политехнический техникум,
Никитин Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет
NEW POSSIBILITIES IN MANUFACTURING THE CUTTING TOOL R.A. Zhilin, P. V. Strunkin
Are considered possibility of use of a new design of the mill made of additive technologies, being alternative traditional all-metal. Some variants of the hybrid design including a shaft and the massive worker are considered. The analysis was spent with use ofpossibilities of numerical modelling with application of a method offinal elements.
Key words: additive technologies, highly industrial equipment, a method of the final elements, the is intense-deformed condition.
Zhilin Roman Anatolevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University,
Strunkin Pavel Vladimirovich, employee, [email protected], Russia, Voronezh, Voronezh polytechnical technical school,
Nikitin Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-667-668
ОБЗОР МЕТОДОВ КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН
И.К. Устинов, Ю.В. Иванов, Е.И. Устинов, А.А. Вяткин, Ю.С Калгана
Проведена общая оценка методов крепления твердосплавных пластин. Проанализирована зависимость производительности труда от метода и качества крепления режущих пластин к державкам. Сформулирована прямая зависимость от материала и размеров державки. Представлены рекомендации по выбору марки материала для державки
Ключевые слова: твердосплавные пластины, державка, материал, производительность
труда.
В настоящее время известно большое количество технической литературы [1-7] и проведены практические занятия [8-10], которые направлены, в первую очередь, на оптимальный подбор крепления режущих твердосплавных пластин с целью увеличения производительности и стойкости режущего инструмента, которые в данном случае зависят от метода и качества крепления режущих твердосплавных пластин к державкам, где выбор материала, так же имеет большое значение.
Выбор материала и размеров державки следует проводить таким образом, чтобы обеспечить высокую жесткость и прочность против сил деформации, которые возникают в процессе резания. Возникающая деформация под воздействием сил резания воздействует на прочность и жесткость державки - все это приводит к неточности изготовления изделия.
Применение инструмента методом напайки твердосплавных пластин приводит к существенному недостатку, а именно: напряжения, возникающие в пластинах из твердого сплава приводят к частому появлению различного вида и типа трещин на поверхности пластин, т.к коэффициенты линейного расширения материалов державок, режущих пластин и припоя различны.
Исследование и практика показали, что механическое крепление твердосплавных пластин обходится дешевле в процессе эксплуатации за счет увеличения стойкости пластины. Различные конструкции приведены на рисунке.
