Optimization of multifunction machines constructions with required accuracy and productivity

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

One of the main criteria of the supporting constructions (column, spindle head, bed) of the multifunction machine is the mass of constructions. It is required to find such distribution of material in the supporting constructions whereby conditions of strength reliability are satisfied with minimum possible mass. Supporting system, consisting of these optimum supporting constructions, has to provide the precision and productivity of machining. In order to support business objectives, the technology of rational designing of supporting constructions, offered by us, uses the principle of decomposition and the integrated work of the finite elements method with optimization methods. The main stages of this technology - optimization of the supporting system of the machine with the supporting constructions simplified on geometry and optimum design of the individual supporting constructions for definition of real geometry of cross section are considered. Calculation of the supporting system with the simplified supporting constructions (without edges of rigidity, partitions, etc.) is made for limit and operating conditions of working. Calculations showed that in the stage of the machine supporting system modeling for typical operating conditions the mass of the supporting system due to optimization is 35% less than the production version. Active restrictions in strain of an end face of a spindle in the direction of action increases the cutting force. Due to high dimension of calculation models of the supporting constructions it is offered to use the substructure at a stage of optimum design of the individual supporting constructions on the basis of the principle of decomposition. The calculated strain field of the optimal column substructure is consistent with the strain field of the column, which is obtained when calculating the machine supporting system, consisting of simplified supporting constructions at satisfaction of precision standards of working. Restriction on the allowed strain for knots on an axis of y (0.45 ∙ 10-6) is strictly carried out, and on the rest settlement strains there are less than allowed. The turning angle of the optimal column with real cross-section is less, than the turning angle of the column as part of supporting system with the supporting constructions of simplified geometry - 0.0778 rad and 0.1495 rad, respectively, i.e. torsion rigidity of the optimal column is higher. As a result of optimum design, a mass of the pallet, consisting of the moving-rotary table, is reduced by 35.5 % in comparison with a production version.

About the authors

V. G Atapin

Novosibirsk State Technical University

Email: teormech@ngs.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Атапин В.Г. Расчет деформированного состояния фундамента тяжелого многоцелевого станка // Вестник машиностроения. - 1989. - № 6. - С. 31-32.
  2. Витес Б.И., Гроссман В.М., Кравцов О.А. Проектирование корпусных деталей металлорежущих станков с использованием метода конечных элементов // Станки и инструмент. - 1991. - № 5. - С. 13-14.
  3. Пахмутов В.А., Шалдыбин А.Я. Использование метода конечных элементов для анализа конструкций базовых деталей тяжелых станков // СТИН. - 1992. - № 2. - С. 11-13.
  4. Lull B. Statische und dynamische berechnung von werkzeugmaschinengestellen // Maschinenbautechnik. - 1977. - Vol. 26, N 1. - P. 10-13.
  5. Roscher A. Berechnung der dynamischen eigenschaften von werkzeugmaschinengestellen mit hilfe der methode der finiten elemente // Maschinenbautechnik. - 1978. - Vol. 27, N 4. - P. 156-160.
  6. Haug E.J., Choi K.K., Komkov V. Design sensitivity analysis of structural systems. - Orlando, Florida: Academic Press, 1986. - 381 p. - (Mathematics in Science and Engineering; vol. 177).
  7. Rao S.S., Grandhi R.V. Optimum design of radial drilling machine structure to satisfy static rigidity and natural frequency requirements // Journal of Mechanical Design. - 1983. - Vol. 105, iss. 2. - P. 236-241. - doi: 10.1115/1.3258515.
  8. Reddy C.P., Rao S.S. Automated optimum design of machine-tool structures for static rigidity, natural frequencies and regenerative chatter stability // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 1978. - Vol. 100, iss. 2. - P. 137-146. - doi: 10.1115/1.3439401.
  9. Yoshimura M., Takeuchi Y., Hitomi K. Design optimization of machine-tool structures considering manufacturing cost, accuracy and productivity // Journal of Mechanical Design. - 1984. - Vol. 106, iss. 4. - P. 531-537. - doi: 10.1115/1.3258606.
  10. Каминская В.В., Гильман А.М., Егоров Ю.Б. Об автоматизированных расчетах оптимальных размеров деталей и узлов станков // Станки и инструмент. - 1975. - № 3. - С. 2-5.
  11. Каминская В.В., Гильман А.М. Оптимизация параметров несущих систем карусельных станков // Станки и инструмент. - 1978. - № 10. - С. 6-7.
  12. Хомяков В.С., Яцков А.И. Оптимизация несущей системы одностоечного токарно-карусельного станка // Станки и инструмент. - 1984. - № 5. - С. 14-16.
  13. Ravindran A., Ragsdell K.M., Reklaitis G.V. Engineering Optimization: methods and applications. - 2nd ed. - New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. - 688 p. - ISBN-10: 0-471-55814-1. - ISBN-13: 978-0-471-55814-9.
  14. Bunday B.D. Basic optimisation methods. - London: Edward Arnold, 1984. - 136 p. - ISBN-13: 978-0-713-13506-0. - ISBN: 0-713-13506-9.
  15. Атапин В.Г., Гапонов И.Е., Павин А.Г. Автоматизация проектирования тяжелых многоцелевых станков // I Всесоюзный съезд технологов-машиностроителей: тезисы докладов. - М., 1989. - С. 42-43.
  16. Атапин В.Г. Сопротивление материалов: учебник. - M.: Юрайт, 2015. - 432 с. - ISBN 978-5-9916-5203-2.
  17. Каминская В.В., Левина З.М., Решетов Д.Н. Станины и корпусные детали металлорежущих станков. - М.: Машгиз, 1960. - 362 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».