Obrabotka Metallov 2015 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (66) 2015 43 ОБОРУДОВАНИЕ Перспективные шаги в направлении рацио- нального проектирования несущих конструкций станков связаны с использованием МКЭ в соче- тании с методами оптимизации [7–14]. Основные габаритные размеры металлоре- жущего станка задаются на этапе технического задания. Далее конструктор на основе расчетов на прочность и жесткость определяет размеры несущих конструкций, которые должны обе- спечить выполнение требований по точности и производительности механической обработки. В расчетах компоновочных решений для отдель- ных несущих конструкций эффективно исполь- зовать и общие методы механики деформируе- мого твердого тела, в частности, одного из его разделов – сопротивления материалов [15]. В работе [16] изложена технология проекти- рования несущих конструкций тяжелых много- целевых станков (рис. 1), 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 в себя четыре основ- ных этапа: 1) определяются внешние нагрузки на осно- ве детерминированных или вероятностных мо- делей; 2) на этапе моделирования компоновки стан- ка определяются граничные условия (силовые и кинематические) для отдельных несущих конструкций (стойка, шпиндельная бабка, ста- Рис. 1. Тяжелый многоцелевой станок сверлильно-фрезерно-расточной группы с поворотно-подвижным столом для обра- ботки корпусных деталей массой до 200 т Рис. 2. Компоновка многоцелевого станка: 1 – стойка; 2 – шпиндельная бабка; 3 – станина; 4 – обра- батываемая деталь; 5 – паллета; 6 – сани стола; 7 – станина стола; 8 – фундамент нина и др.); несущие конструкции здесь имеют упрощенную геометрию поперечного сечения. В результате решения задачи устанавливается полный набор граничных условий (силовых, кинематических) для отдельной несущей кон- струкции, что позволяет далее рассматривать эти конструкции независимо друг от друга; 3) на этапе моделирования отдельной несу- щей конструкции получаем оптимальную кон- струкцию с реальной геометрией поперечного сечения и минимально возможной массой при удовлетворении граничных условий, получен- ных на втором этапе; 4) проводится динамический анализ или ими- тационное моделирование для типовых условий эксплуатации несущей системы с оптимальны- ми несущими конструкциями. Целью настоящей работы является расчет и анализ компоновочных решений для наиболее нагруженной несущей конструкции тяжелого многоцелевого станка (МС) сверлильно-фрезер- но-расточной группы – стойки (рис. 2). Для до- стижения поставленной цели используются ме- тод конечных элементов, методы оптимизации и методы сопротивления материалов. МС представляет собой комплекс, состоя- щий из двух изделий, не соединенных на пред- приятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимо­ связанных эксплуатационных функций – спе-