Atapin V.G. et. al. 2019 Vol. 21 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 4 2018 61 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Улучшение технических характеристик многоцелевых станков при проектировании Владимир Атапин а, * Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия a http://orcid.org/0000-0002-5030-6054, atapin.49@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2019 Том 21 № 1 с. 61–69 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.1-61-69 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Для обработки сложных корпусных дета- лей применяют сверлильно-фрезерно-расточные станки, получившие название многоцелевых станков (МС). Основные характеристики каче- ства станков закладываются на стадии проек- тирования. Следовательно, разработка методов улучшения технических характеристик станков ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.06 История статьи : Поступила: 14 сентября 2018 Рецензирование: 12 февраля 2019 Принята к печати: 15 февраля 2019 Доступно онлайн: 15 марта 2019 Ключевые слова : Многоцелевой станок Несущая система Проектирование Метод конечных элементов АННОТАЦИЯ Введение. Формирование оптимальных технических характеристик металлорежущих станков на этапе проектирования является перспективной задачей станкостроения. Для ее решения, как показывает зарубежная и отечественная практика, эффективно использовать интегрирование метода конечных элементов и методов оптимизации. Цель работы заключается в обобщении основных результатов, полученных при проектировании несущей системы тяжелого многоцелевого станка сверлильно-фрезерно-расточной группы с использованием метода конечных элементов и методов условной и безусловной оптимизации. Процедура проектирования включает: 1) оптимизацию несущей системы с базовыми деталями простой геометрии (стержень, пластина, оболочка); 2) оптимизацию базовой детали для определения необходимой геометрии ее поперечного сечения; 3) динамический анализ станка в целом. Рассмотренная процедура решает задачу проектирования несущей системы многоцелевого станка при выполнении условий прочности, жесткости и минимума массы для заданных точности механической обработки и сил резания. Результаты и обсуждения. На этапе проектирования несущей системы определены адекватные габаритные размеры базовых деталей и граничные условия (силовые и деформационные) в областях их контакта. Далее исследуется отдельная базовая деталь реальной компоновки на примере стойки с выделением малого фрагмента в зоне контакта стойки и шпиндельной бабки. Показано, что расчетное поле перемещений узлов фрагмента стойки адекватно полю перемещений соответствующих узлов стойки, полученному при ее расчете в составе несущей системы. В результате оптимизации жесткость стойки на кручение повысилась на 48 %. Для исследования динамики станка построена динамическая модель и проведены сравнительные расчеты при вынужденных колебаниях станка. Для станка с оптимальными базовыми деталями имеет место уменьшение податливости на 30 % в направлении наибольшей составляющей силы резания и снижение массы на 17 % по сравнению с серийным вариантом. Для цитирования: Атапин В.Г. Улучшение технических характеристик многоцелевых станков при проектировании // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 61–69. – doi:10.17212/1994-6309-2019-21.1-61-69. ______ *Адрес для переписки Атапин Владимир Григорьевич , д.т.н., профессор Новосибирский государственный технический университет пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-17-77, e-mail: atapin@mail.ru при сокращении сроков их проектирования яв- ляется актуальной задачей станкостроения. Один из эффективных путей решения по- ставленной задачи – использование на этапе проектирования станков метода конечных эле- ментов (МКЭ) и методов оптимизации. В ра- ботах [1, 2] описывается применение МКЭ для расчета напряженно-деформированного состо- яния базовых деталей станков, позволяющего рассмотреть ограниченное количество возмож- ных вариантов их компоновок. В работах [3, 4] на основе МКЭ рассматривается проектиро- вание несущих систем металлорежущих стан- ков совместно с фундаментом и предлагаются рациональные конструкции фундаментов. Для