Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 1 2019 62 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ получения же наилучшего варианта необходимо исследовать все возможные варианты, что до- стигается путем использования на этапе проек- тирования методов оптимизации [5]. В работах [6, 7] представлен результ применения методов оптимизации к проектированию базовых дета- лей токарного, фрезерного и сверлильного стан- ков, для достижения снижения массы до 20 %. В работе [8] предложен многоэтапный метод проектирования, включающий в себя моделиро- вание базовых деталей, имеющих форму стерж- ня, методом конечных элементов, оптимизацию и реализацию. Таким образом, использование совместно МКЭ и методов оптимизации позво- ляет эффективно решать задачи станкостроения. Однако в рассмотренных работах моделируются небольшие по габаритам станки. Современные тяжелые МС отличаются большими габаритами и сложным поперечным сечением базовых дета- лей, вследствие чего имеет место итерационный процесс разработки МС, увеличивающий сроки проектирования. Целью настоящей работы является обобще- ние основных результатов, полученных при про- ектировании базовых деталей тяжелого много- целевого станка (МС) (рис. 1), состоящего из двух не связанных между собой единиц, раз- мещенных на общем фундаменте – станка свер- лильно-фрезерно-расточной группы и стола. От- дельные результаты расчетов изложены в наших работах, в частности в [9–11]. Проектирование несущей системы МС предполагает: 1) ее опти- Рис. 1. Тяжелый многоцелевой станок Fig. 1 . Heavy multipurpose machining center мизацию с базовыми деталями простой формы (стержень, пластина, оболочка) для определения внутренних (силовых, деформационных) связей; 2) оптимизацию отдельной базовой детали для нахождения требуемой геометрии поперечного сечения; 3) динамический анализ станка в целом (рис. 2). Практическая реализация данной про- цедуры позволяет проектировать несущую си- стему станка, для которой выполняются условия прочности, жесткости, устойчивости, отсутствия резонанса, а также обеспечивается наименьшая масса, необходимая точность и производитель- ность механической обработки. Постановка задачи Рассмотрим процедуру проектирования не- сущей системы станка, состоящего из стойки 1 , шпиндельной бабки 2 , станины 3 (рис. 3). Из- вестны внешние размеры (высота стойки 8 м, длина станины 13 м), внешняя нагрузка (силы резания) и условия опирания. Исходные данные для расчета: 1) торцовое фрезерование, наибольшая со- ставляющая силы резания F y = 40 кН, для чисто- вой обработки – 3 кН; 2) соотношение составляющих силы резания F x : F y : F z = 0,5: 1,0: 0,7 по осям x , y , z соответ- ственно; 3) допуски на плоскостность и прямолиней- ность обрабатываемой поверхности по ГОСТ 24643–81, 6-й квалитет [12]; Рис. 2 . Процедура проектирования базовых деталей МС Fig. 2 . The design procedure of machi- ning center base parts