Rational design of the column of a heavy multipurpose machining center

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The main purpose in the design of supporting constructions of heavy multipurpose machining center is the reduction of mass at the given precision and productivity of machining. Accomplish these ends the technology of rational design of supporting constructions is offered. This technology is based on the decomposition method and the finite elements method in the combination with optimization methods. The technology has four stages: 1) calculation (computation) of external all forces and loads, 2) as a result of the boundary conditions (force, kinematics) for individual supporting constructions are formed, 3) a problem about final optimal distribution of a material by the individual supporting constructions with the real cross-section is solved; 4) dynamic analysis. By the example of design of the column of a heavy multipurpose machining center the main stages of rational design of the individual supporting construction are shown. At a design stage of the carrying system consisting of load-bearing structures with simplified geometry, optimum overall dimensions of the column are identified. For the admitted system of preferences, it is necessary to accept the fact that the carrying system with the column with the sizes of cross section of 1.8 m (on an axis x) and 2.6 m (on an axis y) is the best. The analysis of the work of the column under the torsion condition with the use of method of mechanics shows that the column with square cross section = 2.46 ∙ 2.46 m which rigidity on torsion is 26 % higher in comparison with a production version is the best. Results of calculation show that a production-release design of the column with longitudinal and transverse edges of rigidity is 24 % heavier than the column with the edges located on a diagonally at equal rigidity. However, the serial-hour less rigid than stand with slanted edges.

About the authors

V. G Atapin

Novosibirsk State Technical University

Email: teormech@ngs.ru
20, K. Marks prospect, 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., Пель А.Н., Темников А.И. Сопротивление материалов. Базовый курс. Дополнительные главы: учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. - 508 с. - (Учебники НГТУ). - ISBN 978-5-7782-1750-8.
  16. Атапин В.Г. Проектирование несущих конструкций тяжёлых многоцелевых станков с учётом точности, производительности, массы // Вестник машиностроения. - 2001. - № 2. - С. 3-6.
  17. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. - М.: Наука, 1970. - 227 с.
  18. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983. - 464 с.
  19. Атапин В.Г., Пель А.Н., Темников А.И. Сопротивление материалов: учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 556 с. - (Учебники НГТУ). - ISBN 5-7782-0605-4.

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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).