Obrabotka Metallov 2015 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (66) 2015 42 ОБОРУДОВАНИЕ УДК 621.9.06:518.4 РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТОЙКИ ТЯЖЕЛОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 13 января 2015 года Рецензирование 27 февраля 2015 года Принята к печати 2 марта 2015 года Атапин В.Г. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса,20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: teormech@ngs.ru Основной целью при проектировании несущих конструкций тяжелых многоцелевых станков является снижение массы при заданной точности и производительности механической обработки. Для достижения этой цели нами предложена технология расчетного проектирования несущих конструкций на основе прин- ципа декомпозиции и интегрированной работе метода конечных элементов с методами оптимизации. На примере проектирования стойки тяжелого многоцелевого станка показаны основные этапы рационального проектирования отдельной несущей конструкции. На этапе проектирования несущей системы, состоящей из упрощенных по геометрии несущих конструкций, определены оптимальные габаритные размеры стой- ки. Для принятой системы предпочтений следует признать лучшим вариант несущей системы со стойкой с размерами поперечного сечения 1,8 м (по оси х ) и 2,6 м (по оси y ). Анализ работы стойки на кручение с использованием методов механики показывает, что наилучшей является стойка с квадратным поперечным сечением 2,46 × 2,46 м, у которой жесткость на кручение на 26 % выше по сравнению с серийным вариантом. Результаты расчета показывают, что серийная конструкция стойки с продольными и поперечными ребрами жесткости тяжелее на 24 % стойки с ребрами, расположенными по диагонали при равной жесткости. Однако серийная стойка менее жесткая, чем стойка с наклонными ребрами. Ключевые слова : тяжелый многоцелевой станок, проектирование, несущие конструкции, стойка, метод конечных элементов, методы оптимизации. DOI: 10.17212/1994-6309-2015-1-42-50 Введение За последние десятилетия в станкостроении при проектировании несущих конструкций ши- роко применяется метод конечных элементов (МКЭ). В станкостроении МКЭ активно исполь- зуется для статического и динамического анали- за конструкций заданной геометрии [1–6]. Кар- тины деформированного состояния, полученные расчетом МКЭ и экспериментом, качественно совпадают, количественные расхождения не превышают 16 % [3]. Однако в своей настоящей форме данный анализ используется лишь для идентификации технической задачи, но мало по- могает конструктору в достижении действитель- но оптимальной конструкции, а также в опреде- лении способов модификации проекта с целью совершенствования рассматриваемых характе- ристик [6]. Лучшая конструкция выбирается на основе просчета МКЭ нескольких возможных вариантов. Однако в этом случае количество рас- сматриваемых вариантов ограничивается воз- можностью конструктора и значительно мень- ше общего числа вариантов, отвечающих всем сочетаниям варьируемых параметров. Поэтому вариант, признанный лучшим, является таковым не в абсолютном смысле, а лишь по сравнению с небольшим числом других рассмотренных ва- риантов.