Obrabotka Metallov 2014 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (63) 2014 83 ОБОРУДОВАНИЕ УДК 621.9.06 РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СЕРИЙНЫХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 10 марта 2014 Рецензирование 6 мая 2014 Принята к печати 15 мая 2014 Атапин В.Г. – 630073, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: metal_working@mail.ru Рассматриваются вопросы практического использования разработанной нами технологии рационально- го проектирования несущих конструкций тяжелых многоцелевых станков к проектированию других типов металлорежущих станков – токарно-карусельного станка и горизонтального координатно-расточного станка. Результаты расчета качественно совпадают с известными в литературе результатами для этих станков, по- лученными другими методами. Количественные расхождения в результатах расчета являются следствием неполных исходных данных по станкам, представленных в литературе. Подтверждена возможность распро- странения технологии проектирования несущих конструкций тяжелых многоцелевых станков на проектиро- вание станков других типов. Показано, что в случае возможности сформулировать целевую функцию в явном виде, применение прямых методов оптимизации приводит к более быстрым и адекватным решениям. Ключевые слова: технология проектирования, оптимизация, токарно-карусельный станок, горизонталь- ный координатно-расточный станок, несущие конструкции. Введение В работах [1, 2] изложена технология проек- тирования несущих конструкций тяжелых мно- гоцелевых станков (МС), обеспечивающая соз- дание станков без избыточных возможностей, прогнозирование их работоспособности в усло- виях интенсивных механических воздействий и научное обоснование выбора проектных реше- ний. Технология включает четыре основных эта- па (рис. 1). Этап I (блок 1). Определяются внешние на- грузки на основе детерминированных или ве- роятностных моделей внешнего нагружения. Внешние нагрузки представляют собой статиче- ские и динамические воздействия на несущую систему со стороны окружающей среды. Так, ос- новной внешней нагрузкой на несущую систему станка являются силы резания. Внешней нагруз- кой для несущей системы стола здесь служит вес обрабатываемой детали. Этап II (блоки 2−4). На этапе моделирования компоновки станка формируются граничные ус- ловия (силовые и кинематические) для отдель- ных несущих конструкций; несущие конструкции здесь имеют упрощенную геометрию поперечно- го сечения. В результате решения задачи устанав- ливается полный набор граничных условий (си- ловых, кинематических) для отдельной базовой детали. Это позволяет в отличие от классического метода проектирования далее рассматривать ба- зовые детали независимо друг от друга. Этап III (блоки 5−8). На этапе моделирова- ния отдельной несущей конструкции получаем оптимальную конструкцию с реальной геоме- трией поперечного сечения и минимально воз- можной массой при удовлетворении граничных условий, полученных на первом этапе. Этап IV (блок 9). Проводится динамический анализ или имитационное моделирование для типовых условий эксплуатации несущей систе- мы с оптимальными базовыми деталями.