Doświadczalna weryfikacja numerycznego modelu pionowego centrum obróbkowego

• Autorzy: Kosmol, J. , Wilk, P.

Warianty tytułu

EN

Experimental verification of numerical model of vertical machining centre

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesne obrabiarki do obróbki szybkościowej HSC (High Speed Cutting) wymagają projektowania nie tylko z uwagi na kryteria wytrzymałościowe, sztywnościowe czy trwałościowe, ale i dynamiczne. Te bowiem kryteria decydują o dokładności wymiarowo-kształtowej przedmiotu wykonanego metodą obróbki skrawaniem. Własności dynamiczne złożonego układu masowo-sprężystego można poprawiać zarówno przez podwyższanie wskaźnikow sztywności statycznej jak i obniżanie masy przesuwnych zespołów. Obie te metody prowadzą do projektowania optymalnych korpusów ze względu na kryterium minimalizacji mas i maksymalizacji sztywności. W Katedrze Budowy Maszyn Politechniki Śląskiej opracowano metodę optymalizacji korpusów obrabiarkowych wykorzystującą połączone ze sobą: analizę metodą elementów skończonych i algorytmy genetyczne. Metodę tę zastosowano do optymalizacji wybranych korpusów nowo projektowanego centrum frezarskiego. Prototyp nowego centrum frezarskiego został wykonany w metalu i poddany eksperymentalnym badaniom weryfikacyjnym. Jednym z nich były badania sztywności statycznej. Wyniki badań pozwoliły na ocenę adekwatności opracowanych modeli korpusów poprzez porownanie wskaźników sztywności statycznej uzyskanych z badań symulacyjnych (MES) i eksperymentalnych. Analiza porównawcza wyników badań symulacyjnych i eksperymentalnych wskazała, że rezultat takich porównań istotnie zależy od wartości liczbowych wskaźników sztywności. Dla tych wskaźników sztywności, dla których mierzone przemieszczenia były na poziomie kilkunastu i więcej �um, zgodność wyników była zadowalająca, tzn. nie różniły się one o więcej niż 10-15%. Natomiast dla pozostałych różnice sięgały 100% i więcej. Bezpośrednim powodem tak znacznych różnic były zbyt duże błędy pomiarów bardzo małych przemieszczeń, na poziomie 1-2 �um. Oznacza to, że weryfikacja modeli numerycznych korpusów o znacznych sztywnościach jest praktycznie trudna do zrealizowania albo wymaga bardzo kosztownego oprzyrządowania (laserowe metody pomiaru małych przemieszczeń).

EN

Modern machine tools for high speed cutting (HSC) have to be designed not only from the point of view of mechanical properties like stiffness, strength or durability but their dynamic properties should also be considered. Dynamics of the machine tool influences shape and dimensional accuracy of workpieces manufactured. Dynamic properties of a complex spring-mass system of a machine tool may be improved by increasing the static stiffness or decreasing the masses of its movable bodies. In the Department of Machine Technology STU an optimization method that uses both the Finite Element Analysis and Genetic Algorithms was worked out. This method was applied for optimization of chosen bodies of a new design of vertical machining centre. The prototype of the machine was built-up and its static properties have been tested. Results of experimental investigation made possible to evaluate the adequacy of the worked up models, simply comparing the coefficients of stiffness obtained from the simulation and experimental investigation. The comparison of results showed that found discrepancies depend much on the value of coefficients of stiffness. If the stiffness coefficients obtained from experiments were not high, it means smaller than 100 - 200 N/um, and if the measured displacements were higher than 10 um, the stiffness coefficients obtained from simulation and from experiments differed less than 10 - 15%. But if the coefficients of stiffness were much higher, for example several thousands of N/um, the difference often reached 100% and more. The main reason of such a difference could be attached to a low accuracy of measurements of very small displacements. Precise measurement in the range of displacements smaller than 1 - 2 um could be really a challenge in the workshop conditions. It means, that the experimental verification of numerical models of highly stiff assemblies is practically very difficult and requires application of laser equipment, which is more sensitive but also much more expensive than classical mechanical touch probes or inductive sensors of displacements.

Słowa kluczowe

PL

obrabiarki; obróbka szybkościowa; metoda optymalizacji korpusów obrabiarkowych

EN

machine; high speed machining; machine tool optimization method bodies

• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 10, nr 41
• Strony: 187-195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz.

Twórcy

autor

Kosmol, J.

autor

Wilk, P.

• Katedra Budowy Maszyn, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• 1. Dokumentacja konstrukcyjna centrum frezarskiego pionowego z przesuwnym stojakiem. Centrum Badawczo-Konstrukcyjne Obrabiarek, Pruszków, 2006 (praca niepublikowana).
• 2. Badania modelowe pod kątem optymalizacji korpusów sań, stojaka i wrzeciennika metodą elementów skończonych – etap I. Raport z Projektu Rozwojowego "Centrum frezarskie pionowe z przesuwnym stojakiem", nr R03 003 01, Gliwice, 2006 (raport niepublikowany).
• 3. Kosmol J., Wilk P.: Próba optymalizacji korpusu obrabiarki z zastosowaniem MES i algorytmu genetycznego. „Modelowanie Inżynierskie” 2008, nr 35, t. 4, s. 59 – 66.
• 4. Wilk P., Kosmol J.: Optimization of frames of a milling machine tool using genetic algorithms and the finite element method. In: Proceedings of the Ninth International Conference on the Application of Artificial Intelligence to Civil, Structural and Environmental Engineering. St. Julians - Malta, 2007, CD.
• 5. Badania eksperymentalne prototypu doświadczalnego. Ocena sztywności statycznej. Raport z Projektu Rozwojowego "Centrum frezarskie pionowe z przesuwnym stojakiem", nr R03 003 01, Pruszków, 2010 (raport niepublikowany).