Obrabotka Metallov 2015 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (66) 2015 44 ОБОРУДОВАНИЕ циального фрезерно-расточного станка (рис. 2, поз. 1 – 3 ) и поворотно-подвижного стола (рис. 2, поз. 5 – 7 ). Данное обстоятельство позволяет про- водить расчеты отдельно для стола и фрезерно- расточного станка. Результаты и обсуждение 1. Анализ реакций несущих конструкций в составе несущей системы фрезерно-расточно- го станка . Несущие конструкции станка имеют сложную компоновку. Это – пространственные тонкостенные конструкции, имеющие различно ориентированные ребра жесткости, многосвяз- ный замкнутый контур, разную толщину стенок, что затрудняет непосредственный анализ их ре- акций на внешние воздействия в составе несу- щей системы. Для сравнительной оценки эффек- тивности выбора внешних габаритных размеров конструкций представим их упрощенной гео- метрией поперечного сечения. Так, в частности, в отличие от реальной (серийной) конструкции (рис. 3) стойка будет иметь прямоугольное ко- робчатое поперечное сечение без ребер жестко- сти – односвязный замкнутый профиль. Расчетные условия для несущих систем станков выбираются на основе анализа опыта эксплуатации станков, близких по компонов- ке. При этом выявляют- ся операции, в которых точность и производи- тельность близки к пре- дельным значениям. Для сверлильно-фрезерно- расточных станков та- кой операцией является торцовое фрезерование. Ряд значений для расчета выбирается в качестве исходных в соответствии с техническим задани- ем на проектирование станка. В частности, ста- нок должен обеспечить наибольшее усилие по- дачи 40 кН, для чистового фрезерования – 3 кН. Расчетные условия для несущей системы станка следующие: • шпиндельная бабка находится в крайнем верхнем положении при среднем положении стойки на станине, при этом вылеты шпинделя Рис. 3. Компоновка серийной стойки (≤ 0,4 м) и ползуна ( 0, 6  м) соответствуют пре- дельным значениям; • внешней нагрузкой для станка являют- ся силы резания, приложенные в точке О оси шпинделя (см. рис. 2). Для составляющих сил резания принимается соотношение P x : P y : P z = = 0,5: 1,0: 0,7; •  станина опирается на упругие опоры (64 опоры), жесткость которых принимается из расчета, что опора воспринимает нагрузку 40 кН при вертикальной деформации 2 ×  10 –5 м; •  учитывается податливость подвижных сты- ков: стойка – шпиндельная бабка, шпиндельная бабка – ползун, стойка – станина. Расчет пере- мещений т.  О (рис. 2) в направлении осей x , y , z проводится для условий чистовой обработки на основе стержневой модели шероховатой по- верхности [17]. В результате перемещения т. О шпинделя только от контактных деформаций в стыках по осям x , y , z составляют соответствен- но δ х = 13,89 мкм; δ y = 8,11 мкм; δ z = 5,45 мкм. Математическая модель несущей системы фрезерно-расточного станка формулируется как задача математического программирования: минимизировать   1 n i i i f X V ρ    (1) при ограничениях: на напряжения   1 1 0 g s s    ýêâ , на перемещения т. О по оси х   2 1 0 x x g D D    , y 3 1 0 y y g D D        , z   4 1 0 g D D    z z , на переменные проектирования 5 0 i g V   , i = 1, 2, …, п , где п – число пластинчатых конечных элемен- тов; ρ – плотность материала; V –объем мате- риала конструкции; σ экв , [σ] – эквивалентное и допускаемое напряжения; ∆ x , ∆ y , ∆ z , [∆ x ], [∆ y ], [∆ z ] − расчетные и допускаемые (в скобках) пе- ремещения т. О по осям x , y , z соответственно. За целевую функцию (1) принята масса кон- струкции. Переменной проектирования является толщина стенки профиля несущей конструкции.