An approximate method for determining static and dynamic stiffnesses of machine tools with rolling guideways

• Autorzy: Śniegulska-Grądzka D. , Klasztorny M. , Szafranczyk M.

Warianty tytułu

PL

Przybliżona metoda wyznaczania sztywności statycznych i dynamicznych obrabiarek z prowadnicami tocznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper develops computer-aided design of reconfigurable/modular machine tools with rolling guideways, at the stage of conceptual design. The main static and dynamic stiffnesses in the tool-workpiece area are proposed for assessment of possible configurations of a machine tool. These stiffnesses are understood as reversals of the main relative compliances of the tool with the workpiece under static and dynamic conditions. A machine tool is modelled approximately as a multi-body system with spatial linear viscoelaslic interfaces. Dynamic stiffnesses are derived for three harmonic forces coinciding with the circumferential, feed and passive-pressure components of the tool-workpiece interaction. A computalional algorithm for determining these stiffnesses has been formulated and programmed. The approximate modelling of a machine tool has been performed for the VENUS 250 NC lathe, designed and produced by the Centre of Machine Tool Design and Research, CBKO-Pruszków, Poland. Results of the computations are presented in the form of dynamic stiffness-frequency diagrams.

PL

W pracy rozwinięto komputerowo wspomagane projektowanie obrabiarek przekształcalnych i modularnych z prowadnicami tocznymi na etapie projektu wstępnego. Aby ocenić właściwości statyczne i dynamiczne możliwych konfiguracji maszyny, zaproponowano zbiór głównych sztywności statycznych i dynamicznych w obszarze narzędzie-przedmiot obrabiany. Sztywności te są rozumiane jako odwrotności głównych podatności względnych między narzędziem a przedmiotem obrabianym, odpowiednio w warunkach statycznych i dynamicznych. Obrabiarka jest modelowana jako układ wielu ciał sztywnych połączonych ze sobą i z podłożem liniowymi więziami lepkosprężystymi. Sztywności statyczne i dynamiczne wyznaczono dla sił skupionych przyłożonych zgodnie z obwodową, posuwową i odporową składową interakcji narzędzie-przedmiot obrabiany. Opracowano i zaprogramowano komputerowy algorytm wyznaczania tych sztywności. Przybliżone modelowanie obrabiarek zostało przeprowadzone w odniesieniu do tokarki VENUS 250 sterowanej numerycznie, zaprojektowanej i produkowanej przez Centrum Badawczo-Konstrukcyjne Obrabiarek w Pruszkowie. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci wykresów sztywności dynamicznych w funkcji częstotliwości wzbudzania.

Słowa kluczowe

EN

machine tool; conceptual design; static stiffness; dynamic stiffness

PL

obrabiarki

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 4, no 2
• Strony: 49--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Śniegulska-Grądzka D.

• Warsaw University of Technology, Narbutta 85, 02-524 Warsaw

autor

Klasztorny M.

• Warsaw University of Technology, Narbutta 85, 02-524 Warsaw

autor

Szafranczyk M.

• Warsaw University of Technology, Narbutta 85, 02-524 Warsaw

Bibliografia

• [1] Study and definition of the machining workstation reference architecture (MAREA), Project No. BE-5624, Project Coordinator: WTCM/CRIF, Mech. Eng., Synthesis Report, Leuven, Belgium, 1995.
• [2] Toenshoff H.K., Mey M., Schunelle A.: An approach for the concurrent development and manufacturing of modular machine tools, Production Engineering, 1998, Vol. 5, No. 1, 63–66.
• [3] Modular synthesis of advanced machine tools (MOSYN), Project No. BE95-1532, Project Coordinator: IFW, Synthesis Report, Hannover, Germany, 1998.
• [4] Zatarain M., Lejarni E., Eyana F.: Modular synthesis of advanced machine tools, Annals of the CIRP, 1998, Vol. 17, No.1, 333–336.
• [5] Nemeth I., Fisette P., Van-Brussel H.: Conceptual design of 3-axis machine tools, Proc. 32nd CIRP Int. Sem. on Manufacturing Systems, Leuven, Belgium, 1999, pp. 239–248.
• [6] Grudziński K., Zapłata M.: Badania ruchu ślizgowego w zespole napędowo-posuwowym obrabiarki metodą symulacji komputerowej, Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń, 1992, Z. 1, 3–26.
• [7] Jastrzębski D., Szwengier G.: Analiza statycznych właściwości układów nośnych obrabiarek hybrydowa metodą elementów skończonych, Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń, 1993, Nr 2, 21–41.
• [8] Bodnar A., Schütte O.: Problems of experimental determination of static properties of machine tool units supported by rolling guides, Advances in Technology of Machines and Mechanical Equipment, 2000, Vol. 24, No. 3, 1–11.
• [9] Konowalski K.: Experimental examinations of contact deflections in the rolling elements of slideway connections, Annals of DAAAM for 2000 & Proc. 11th Int. DAAAM Symposium, pp. 233–234.
• [10] Skoczyński W., Krzyżanowski J.: Some aspects of machine tool properties evaluation, Conf. on Modern Trends in Manufacturing, Wrocław, 2002, pp. 217–238.
• [11] Moon Y., Kota S.: Generalized kinematic modelling method for reconfigurable machine tools, MECH/5946, Proc. 25th Biannual Mechanism Design Conference, Atlanta (CA, USA), 1998, pp. 1–12.
• [12] Moon Y., Kota S.: A methodology for automated design of reconfigurable machine tools, Proc. 32nd CIRP Int. Sem. on Manufacturing Systems, Leuven, Belgium, 1999, pp. 297– 303.
• [13] Marchelek K.: Dynamika obrabiarek, WNT, Warszawa, 1991.
• [14] Wrotny L.: Podstawy konstrukcji obrabiarek, WNT, Warszawa, 1973.
• [15] VENUS 250 NC lathe, Conceptual Project (in Polish), Centre of Machine Tool Design and Research, CBKO-Pruszków, Poland, 1997.
• [16] Langer J.: Dynamics of Structures (in Polish), WPWr Press, Wrocław, 1980.
• [17] INA Linear Guidance Systems, LIF Publ., Homburg, 2000.
• [18] Technical Manual for Optibelt – RB Ribbed Belt Drives, Hoexter, Germany.
• [19] Vibroisolation pads, Bilz Schwingungstechnik GmbH, Loenberg, Germany, 2002.
• [20] Experimental investigations of a prototype of VENUS 250 NC lathe (in Polish), Center of Machine Tool Design and Research, CBKO-Pruszków, Poland, 1998.
• [21] Śniegulska D., Klasztorny M., Szafarczyk M.: Identification of stiffness and damping of rolling guidance systems in machine tools, Proc. 2nd Int. Conf. in Advances in Production Engineering, Warsaw (Poland), 2001, Vol. 2, pp. 373–382.