Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 29 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ • из макроэлементов формируются укрупненные подконструкции ( 1–6 ) уровня II , имеющие закончен- ные конструктивные формы (стойка, шпиндельная бабка и т.д.); • из подконструкций уровня II формируется уро- вень III сборки, представляющий собой несущую си- стему станка. Рис. 3. Компоновка тяжёлого многоцелевого станка и уровни декомпозиции: 1 – стойка; 2 – шпиндельная бабка; 3 – станина; 4 – обрабатываемая деталь; 5 – паллета; 6 – сани стола; 7 – станина стола; 8 – фундамент В соответствии с блоками 5–8 (рис. 2) рассматри- вается проектирование отдельной несущей конструк- ции. С учётом конструктивных и технологических требований разрабатывается компоновка конструк- ции с реальной геометрией поперечного сечения. Ограничения задачи проектирования формулируют- ся на основе анализа возможных видов нарушения эксплуатационных качеств отдельной несущей кон- струкции (рис. 2, блок 6) – нарушение условий проч- ности, жёсткости, потеря устойчивости и др. В результате решения задачи на этапе III форми- руется конструкция с реальной геометрией попереч- ного сечения и минимально возможной массой при удовлетворении требуемых норм производительно- сти и точности механической обработки для несущей системы (этап II). Этап IV ( рис. 2, блок 9 ) . Проводится динамиче- ский анализ или имитационное моделирование для типовых условий эксплуатации несущей системы с оптимальными несущими конструкциями. Таким образом, используя набор уровней проек- тирования, мы на каждом уровне имеем дело с за- дачей гораздо меньшей размерности. При расчёте сложной конструкции увеличение числа уровней декомпозиции, как известно, в целом более эконо- мично, чем непосредственное решение сложных ал- гебраических систем. Реализация технологии проектирования Основные положения технологии проектиро- вания несущих конструкций рассмотрим на при- мере МС (см. рис. 1). Масса серийного станка рав- на 380 т, длина, ширина, высота соответственно 21,9×16,5×10,9 (м). Структурно МС имеет две не- связанные между собой части – собственно ста- нок (рис. 3, поз. 1–3) и поворотно-подвижный стол (рис. 3, поз. 5–7), объединяемые фундаментом (рис. 3, поз. 8). Это позволяет проводить расчеты от- дельно для стола и собственно станка. Расчётные условия. Расчётные условия для несущих систем станков выбираются на основе анализа опыта эксплуатации на станках, близких по компоновке. При этом выявляются операции, в которых точность и производительность близки к предельным значениям. Для сверлильно-фрезерно- расточных станков такой операцией является тор- цовое фрезерование. Доля операции сверления на тяжёлых горизонтально-расточных станках состав- ляет в общем объёме работ 6,6…9 %, зенкерование и развёртывание выполняются ещё реже, тогда как фрезерование составляет 46…52 % от общего объёма работ [7]. Здесь приняты следующие расчетные условия: торцовое фрезерование; наибольшее усилие подачи 40 кН (черновая обработка) и 3 кН (чистовая обра- ботка); соотношение составляющих силы резания P x :P y :P z = 0,5:1,0:0,7; учитываются отклонения от плоскостности и прямолинейности обрабатывае- мой поверхности (по ГОСТ 24643-81, 6 квалитет). Внешней нагрузкой для несущей системы фрезерно- расточного станка (рис. 3, поз. 1–3) являются состав- ляющие силы резания, приложенные к концу шпин- деля. Внешней нагрузкой для стола (рис. 3, поз. 5–7) является вес обрабатываемой детали 2 МН. Размеры рабочего пространства станка, определяемые техни- ческим заданием, в процессе расчётного проектиро- вания не изменяются. Типовые условия эксплуатации : чистовая об- работка, фреза диаметром 250 мм, число зубьев 20, глубина резания 0,5 мм, частота вращения шпинделя 170 мин −1 (максимальная – 500 мин −1 ). А. Моделирование несущей системы . Приве- дём основные результаты расчёта несущей системы (НС) фрезерно-расточного станка (рис. 4, а ). Рассма- тривается неблагоприятная ситуация: • шпиндельная бабка находится в крайнем верх- нем положении при среднем положении стойки на станине; • вылеты шпинделя (≤ 0,4 м) и ползуна (≤ 0,6 м) соответствуют предельным значениям, характерным для чистовой обработки.