Инна Никитина - Моделирование несущей системы станка с использованием 3D-принтера Dimension Elite

При анализе профессиональных задач основных образовательных программ, занимающихся подготовкой специалистов разных образовательных ступеней, является участие в разработке и внедрение прогрессивных технологий изготовления машиностроительных изделий. Одним из этапов создания сложных изделий является создание физических моделей. В настоящих условиях построение физических моделей заменяют термином прототипирование. Ранее существовали разные технологии создания прототипов. Однако, в настоящее время с развитием CAD-систем и созданием 3D принтеров эти технологии получили наименование – технологии быстрого прототипирования. Ключевым моментом таких технологий является послойный синтез изделия по компьютерной модели.

Прототип позволяет: оценить внешний вид детали; проверить на наличие конструкторских ошибок в элементах конструкции; в отдельных случаях провести необходимые испытания; изготовить мастер-модель для последующего литья. Из практики установлено, что применение технологий быстрого прототипирования способно сократить сроки подготовки производства от 50 % до 80 %; в отдельных случаях исключить этап изготовления опытных образцов традиционными методами: вручную или на станках с ЧПУ.

Построение прототипа обычно происходит на основе твердотельной модели из CAD-систем. При необходимости дополнительной механической обработки прототипа учитывается припуск на обработку – учет происходит дополнительным увеличением размеров для обрабатываемых поверхностей. Далее в специализированных программных средствах 3Dпринтера эта модель разбивается на тонкие слои в поперечном сечении, с толщиной каждого слоя, равной разрешающей способности оборудования по z-координате. После этого осуществляется послойная печать детали.

Пособие разработано для образовательных программ трех ступеней образования: дипломированных специалистов, бакалавров и магистров.

При обучении дипломированных специалистов по направлению подготовки 151000 Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств пособие используется в рамках дисциплины «Математическое моделирование процессов в машиностроении» и «Основы систем автоматизированного проектирования станков». При обучении бакалавров по направлениям подготовки 151900 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств и 221000 Мехатроника и робототехника пособие используется в рамках дисциплины «Математическое моделирование процессов в машиностроении», «Основы систем автоматизированного проектирования станков» и «Основы технологии быстрого прототипирования». При обучении магистров по направлению подготовки 151900 Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств пособие используется в рамках дисциплины: «Расчет, моделирование и конструирование оборудования с компьютерным управлением».

Навыки, полученные студентами при изучении материалов данного учебного пособия будут использоваться при выполнении дипломных проектов по специальности 151002.65 Металлообрабатывающие станки и комплексы, а также в выпускных квалификационных работах бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям 151900 Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств и 221000 Мехатроника и робототехника.

Пособие состоит из трех частей: краткой теоретической части по элементам несущей системы станка; сквозного примера на построение CAD-модели несущей системы станка и описания заданий для создания компоновок станков. Пособие снабжено приложением, включающим компоновки станков с ЧПУ, созданных на предприятии Стерлитамак М.Т.Е. (Россия, г. Стерлитамак).

Необходимое пространственное расположение инструмента и заготовки под воздействием сил резания, собственного веса узлов и температурных воздействий обеспечивается несущей системой станка.

Несущая система станка образуется совокупностью элементов станка, через которые замыкаются силы, возникающие между инструментом и заготовкой в процессе резания ([1-5]).

К элементам несущей системы относятся станины и корпусные детали станков (основания, стойки, колонны, корпуса шпиндельных бабок и т.п.), а также каретки, суппорты, планшайбы, ползуны, траверсы, шпиндель с опорами и др.

1 – стойка; 2 – шпиндельная бабка; 3 – станина; 4 -нижние салазки; 5 – верхние салазки; 6 – поворотный стол; 7 – монтажная плита (спутник).

Рисунок 1.1 – Базовые детали несущей системы станка

Несущие системы станков должны обеспечивать и сохранять в течение срока службы станка возможность обработки с заданными режимами и требуемой точностью [6-8].

На рисунках 1.2 и 1.3 приведены примеры несущих систем и компоновок двух станков.

Рисунок 1.2 – Примеры несущих систем станков

а) обрабатывающий центр токарный с ЧПУ модели 800 VT; б) станок фрезерно-расточный с ЧПУ модели 800VF6.

Рисунок 1.3 – Компоновки станков завода Стерлитамак МТЕ (в настоящее время НПО «Станкостроение», Россия, г. Стерлитамак)

Понятия «Несущая система» и «компоновка» не тождественны, но непосредственно связаны между собой. Обычно под компоновкой станка понимают совокупность исполнительных звеньев и деталей несущей системы, характеризующихся пространственным расположением. Компоновка станка включает хотя бы один неподвижный элемент, разделенный стыками с подвижными элементами. В компоновках станков, в отличие от несущей системы, отсутствует степень детализации конструкторской проработки, присущая несущей системе. Однако, она в полной мере позволяет оценить формообразующие движения проектируемого станка и возможные проблемы конструкции. В приложении приведены компоновки станков с ЧПУ построенных по модульному принципу конструирования, наиболее полно реализованные в отечественном станкостроении на станкостроительном предприятии Стерлитамак М.Т.Е. (в настоящее время научно-производственное объединение «Станкостроение»).

Название базовых деталей отражает ее функциональное назначение.