Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 27 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ УДК 621.9.06 РАСЧЕТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор, ( НГТУ, г. Новосибирск ) Статья поступила 10 июня 2011 года 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: obrmet@ngs.ru Рассматриваются основные аспекты расчетного проектирования несущих конструкций тяжелых многоцелевых станков с учётом информации о требуемой точности и производительности механической обработки. Приводятся рас- четы несущей системы станка и отдельных несущих конструкций с целью получения их оптимальных моделей. Ключевые слова : расчетное проектирование, многоцелевой станок, несущие конструкции, метод конечных элемен- тов, методы оптимизации. Введение Современный металлорежущий станок, как объ- ект проектирования, является относительно боль- шой и сложной системой с развитой иерархической структурой. Работоспособность такой системы обе- спечивают несколько подсистем, таких как главный привод, привод подач и позиционирования и др. Несущую систему станка можно рассматривать как подсистему, обеспечивающую физическое объеди- нение других подсистем, а также составляющую основу для их функционирования. Несущая система состоит из последовательного набора соединенных между собой несущих конструкций, которые могут рассматриваться как подсистемы несущей системы станка и т. д. Сложность современных металлорежущих стан- ков и требование высокого уровня их потребитель- ских свойств (точности, производительности, надёж- ности и др.) делают необходимой разработку научно обоснованной технологии проектирования несущих конструкций (базовых деталей) станков. На смену техническому расчёту на основе расчётных моделей сопротивления материалов [1] пришли методы, соче- тающие интегрированную работу метода конечных элементов (МКЭ) и методов оптимизации [2−5] с широким привлечением ЭВМ. Технология проектирования конструкций Как известно, несущие конструкции составля- ют 75…80 % от массы станка, поэтому технико- экономические показатели станка в большой мере определяются качеством их проектирования. Кон- фигурация несущих конструкций выявляется в процессе разработки общей компоновки станка. В дальнейшем их проектирование связано с поиском компромиссного решения между противоречивыми требованиями: создание конструкций жёстких, но имеющих малую массу; простых по конфигурации, но обеспечивающих высокую точность; дающих экономию металла, но учитывающих возможности литейной технологии при проектировании литых конструкций и возможности технологии сварных конструкций. Сформулируем следующую задачу проектиро- вания. Пусть заданы компоновка многоцелевого станка (МС), ограничения внешних размеров несу- щей системы станка, внешняя нагрузка и условия опирания. Требуется найти распределение материа- ла по несущим конструкциям, удовлетворяющее условиям прочностной надёжности и минимально возможной массе, а несущая система, состоящая из этих конструкций, должна обеспечить заданные нормы точности и производительности механиче- ской обработки. Для решения поставленной задачи рассмотрим технологию проектирования несущих конструкций на примере МС для обработки корпусных деталей массой до 200 т (рис. 1). Этап I (рис. 2, блок 1) . Определяют внешние на- грузки с использованием как детерминированных, так и вероятностных методов. Внешние нагрузки представляют собой статические и динамические воздействия на несущую систему со стороны окру- жающей среды. Так, основной внешней нагрузкой на несущую систему станка служат силы резания. Внешней нагрузкой для несущей системы стола яв- ляется вес обрабатываемой детали.