Influence of structural and technological factors on parameters of contact interaction of conical profile connections of spindle units of multi-purpose CNC machines

Authors

  • Viktor A. Ilyinykh The Zabaikal’sk Institute of Rail Transport

Keywords:

конические профильные соединения, вспомогательный режущий инструмент, шпиндельные узлы, контактные напряжения, имитационные модели контактного взаимодействия, многоцелевые станки с ЧПУ

Abstract

One of the most critical connections of CNC machine tools is the spindle unit. It should be noted that machines with high-speed processing of products (high-speed cutting (HSC)) are widely used at present. These machines are characterized by: high speed of rotation of the main drive, increased cutting speed, the use of new tool materials, as well as stricter requirements for the quality of manufactured products. In this regard, the solution of problems related to improving the efficiency of metal-cutting machines, in particular multi-purpose CNC machines (MS), by improving the design of spindle units through the introduction of innovative solutions that increase their reliability, becomes significant. The article analyzes the contact interaction of profile connections with an equiaxed contour with a number of edges equal to three in relation to the “spindle-mandrel” connection of a multipurpose machine. The solution of the spatial contact problem is reduced to the solution of the plane contact problem of elasticity theory using the response surface method, which is based on the method of planning experiments and least squares. The nature of the distribution of contact pressures over the interface zones during external load transmission is determined, and the dependences of contact pressures and angles on the external load are determined depending on the design parameters (gaps) of the connection. It was found that when the fit gap in the profile connection changes from 18 to 228 microns, the maximum contact pressure increases to 41%, while the contact stiffness of the profile connection decreases to 22%.

References

Аверьянов О.И., Аверьянова И.О. Модульный принцип построения многоцелевых станков с ЧПУ. Старый Оскол : ТНТ, 2018. 164 с.

Молодцов В.В. Методы проектирования высокоэффективных металлообрабатывающих станков как мехатронных систем : дис. … докт. техн. наук : 05.02.07 / В.В. Молодцов ; МГТУ. Москва, 2016. 390 с.

Акмаев О.К. Кудояров Р.Г., Башаров Р.Р. Оценка работоспособности инструментальных оправок при высокоскоростной обработке деталей на многоцелевых станках // Вестник УГАТУ. 2009. Т. 13. №1 (34). С. 138–140.

Григорьев С. Н., Кохомский М.В., Маслов А.Р. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ : справочник. М. : Машиностроение, 2006. 544 с.

Украженко К.А. Разработка и исследование методов повышения жесткости и быстросменности инструментальных систем многоцелевых станков : дис. … докт. техн. наук: 05.03.01 / К.А. Украженко ; МГТУ. Москва, 2007. 435 с.

Линейцев В.Ю. Ильиных В.А. Имитационное моделирование деталей конического соединения на основе РK-3 профильных кривых // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 2 (46). С. 51–55.

Линейцев В.Ю., Ильиных В.А., Ярилов В.Е. Исследование конических РК-3 профильных соединений на точность и жесткость // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 1 (53). С. 36–39.

Пат. 184076 Рос. Федерация. Шпиндель-инструментальная оправка / В.А. Ильиных. ; заявитель и петентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщ. №2018109190 ; заявл. 14.03.2018 ; опубл. 15.10.2018, Бюл. № 29.

Ильиных В.А., Ярилов В.Е., Рожкова Е.А. Оценка точности и прочности модульной системы вспомогательного инструмента на основе профильных соединений // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2019. 23(3). С. 451–462. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-3-451-462.

Ильиных В.А. Оценка точности конических профильных соединений вспомогательного инструмента многоцелевого станка при высокоскоростной обработке // Материаловедение. Энергетика. 2020. Т. 26, № 2. С. 140–147. DOI: 10.18721/JEST.26211.

Ильиных В.А. Применение конических профильных соединений шпиндель-оправка в многоцелевых станках // Омский научный вестник. 2021. №1 (175). С. 12–16. DOI: 10.25206/1813-8225-2021-175-12-16.

Соломенцев Ю.М., Косов М.Г., Митрофанов В.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании металлорежущего оборудования. М. : НИИМАШ, 1985. 68 с.

Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М. : Машиностроение, 1981. 116 с.

Ильиных В.А. Расчет и выбор конструктивных параметров профильных соединений с равноосным контуром : дис. … канд. техн. наук : 05.02.02 / В. А. Ильиных. М. : МВТУ, 1987. 285 с.

Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования: автореф. … докт. техн. наук / М.Г. Косов М. : Станкин, 1985. 48 с.

Ilinykh V. Experimental study of profile connections of auxiliary tool multi-purpose machines in cyclic loading // SibTrans – 2019 : мaterials Science and Engineering. 2020. Vol. 760. DOI:10.1088/1757-899X/760/1/012025.

Ilinykh V., Pichuev E. Evaluation of quality parameters of the torque transmission connections of the multi-purpose machine spindle joints // Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. doi:10.1088/1757-899X/896/1/012102.

Ilinykh V. Evaluation of quality parameters of conical profile com-pounds in nodes of multi-purpose machines // E3S Web of Conferences 2019. Vol. 140. DOI:https://doi.org/10.1051/e3sconf/201914002003.

Published

2021-04-29

How to Cite

Ильиных, В. А. (2021). Influence of structural and technological factors on parameters of contact interaction of conical profile connections of spindle units of multi-purpose CNC machines. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (1(69), 10-17. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/100

Issue

Section

Machine construction and theoretical engineering