Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 54 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Введение Основные параметры качества станка, как из- вестно, закладываются на стадии проектирования. Рассмотрим сравнительный анализ технических ха- рактеристик ряда многоцелевых станков сверлильно- фрезерно-расточной группы, которые в той или иной мере отражают качество их проектирования. На рис. 1 показаны результаты анализа технических характеристик станков, приведенных в [1], которые показывают, что при практически одинаковых тех- нических характеристиках станки существенно раз- личаются по массе. На рис. 2 приведены результаты анализа характеристик двух отечественных станков – ИР1400ПМ1Ф4 (Ивановский завод тяжелого станко- строения) и ЛР500ПМФ4М (Ленинградский станко- строительный завод им. Я.М. Свердлова) [1]. Видно, что станок ЛР500ПМФ4М, обладая более высокими техническими характеристиками по сравнению со УДК 621.9.06 О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЯЖЕЛЫХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 10 марта 2013 г. Рецензирование 23 июля 2013 г. Принята к печати 25 августа 2013 г. Атапин В.Г. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: metal_working@mail.ru Представлены результаты по применению интегрированной работы метода конечных элементов и методов опти- мизации при проектировании тяжелых многоцелевых станков с массой несколько сотен тонн. Обоснован выбор массы несущих конструкций этих станков в качестве целевой функции в задаче оптимизации. Ограничения в задаче опти- мального проектирования несущих конструкций формулируются на основе анализа возможных видов нарушения их работоспособности (прочность, жесткость, устойчивость, резонансные явления). Для решения задачи оптимизации при- меняется метод штрафных функций. Решение задачи получается безусловной минимизацией целевой функции мето- дом Давидона-Флетчера-Пауэлла (ДФП). В свою очередь, метод ДФП использует при одномерном поиске кубическую интерполяцию. Используется авторское программное обеспечение, эффективность которого подтверждена при реше- нии известных в литературе функций, имеющих точное решение. Рассмотрена оптимизация паллеты несущей системы тяжелого поворотно-подвижного стола, входящего в состав многоцелевого станка массой 380 т, для случаев детерми- нированной и вероятностной моделей. В результате оптимального проектирования в случае детерминированной модели масса паллеты снижена на 35,5 % по сравнению с серийным вариантом. Оценка влияния ограничений задачи оптимиза- ции на переменные проектирования подтверждает значимость критерия жесткости по отношению к другим критериям. Расчет по вероятностной модели позволяет уменьшить массу конструкции на 27 % в сравнении с детерминированной моделью при сохранении работоспособности. Учет собственной жесткости обрабатываемой детали на основе предста- вительской корпусной детали минимальной жесткости приводит к снижению массы паллеты на 22,3 % в сравнении с детерминированной моделью. Ключевые слова: многоцелевой станок, несущие конструкции, проектирование, метод конечных элементов, мето- ды оптимизации. станком ИР1400ПМ1Ф4, имеет в 2,8 раза меньшую массу. Таким образом, проведенный анализ техниче- ских характеристик многоцелевых станков показал, что станки одного класса точности имеют суще- ственное различие по массе. Несущие конструкции (базовые детали) по мас- се составляют 80–85 % от массы станка. Следова- тельно, технико-экономические показатели станка в большой мере определяются качеством проектирова- ния несущих конструкций. Проектирование несущих конструкций (стойка, корпус шпиндельной бабки, станина и др.) связано с поиском компромиссного решения между противоречивыми требованиями [2]: создание конструкций жестких, но имеющих малую массу; простых по конфигурации, но обеспечиваю- щих высокую точность; дающих экономию металла, но учитывающих возможности литейной технологии при проектировании литых конструкций и возмож- ности технологии сварных конструкций.