Obrabotka Metallov. 2016 no. 1(70)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (70) 2016 31 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ УДК 621.9.06 ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА С УЧЕТОМ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 16 декабря 2015 Рецензирование 15 января 2016 Принята к печати 15 февраля 2016 Атапин В.Г. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: teormech@ngs.ru Рассматривается решение задачи по обеспечению на этапе проектирования минимальной массы тяжелого многоцелевого станка при заданной точности и производительности механической обработки. Показано, что на этапе моделирования несущей системы станка для типовых условий эксплуатации масса несущей системы в результате оптимизации на 35 % меньше его производственного варианта. В процессе оптимизации основ- ным является ограничение на перемещение шпинделя в направлении действия максимальной составляющей силы резания. Для решения задачи используется совместная работа методов оптимизации и метода конечных элементов. На этапе расчета отдельной несущей конструкции с целью формирования реальной геометрии для стойки получено, что крутильная жесткость новой стойки выше, так как угол поворота оптимальной стойки меньше, чем стойки производственного варианта – 0,0778 рад и 0,1495 рад соответственно. При рас- чете паллеты, входящей в состав тяжелого поворотно-подвижного стола, ее масса уменьшается на 35,5 % по сравнению с производственным вариантом. Ключевые слова : многоцелевой станок, проектирование, несущие конструкции, метод конечных элемен- тов, методы оптимизации. DOI: 10.17212/1994-6309-2016-1-31-41 Введение В современном станкостроении на этапе проектирования несущих систем и отдельных несущих конструкций широко используется ме- тод конечных элементов (МКЭ) [1–5]. Однако выбранный вариант конструкции, полученный в результате расчетов МКЭ, не есть лучший в абсолютном смысле, так как исследованы не все возможные варианты [6]. Более эффективным направлением является использование МКЭ в сочетании с методами оптимизации. Отметим некоторые постановки задач по оптимальному проектированию конструкций станков. 1. В работах [7, 8] рассматриваются задачи оптимального проектирования станин токарного и фрезерного станков, траверсы и колонны ра- диально-сверлильного станка. Постановка зада- чи оптимизации включает в себя минимизацию массы при ограничениях по прочности, жестко- сти, низшим частотам собственных колебаний и устойчивости автоколебаний. Несущие конструк- ции моделируются стержневыми конечными эле- ментами. Задача решается методом штрафных функций, получено уменьшение массы до 20 %. 2. В работе [9] за целевую функцию прини- мается стоимость изготовления конструкций при ограничениях на точность и производитель- ность механической обработки и на локальные деформации. В ней предложен многоэтапный метод проектирования, использующий упро- щенные модели несущей системы (стержневые элементы коробчатого типа) и включающий в себя три этапа: упрощение конструкции, опти- мизация и реализация. Задача оптимизации ре- шается на основе метода штрафных функций.