Doctor of Sciences (Engineering), Professor, professor of Chair “Mechanical Engineering Technology, Machines and Tools”
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология машиностроения, станки и инструменты»
PhD (Engineering), Associate Professor, Head of Chair “Mechanical Engineering Technology, Machines and Tools”
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Технология машиностроения, станки и инструменты»
A reasonable choice of machine layout is one of the ways to improve the quality of CNC machines and the result of a comprehensive analysis and consideration of many frequently conflicting requirements: accuracy, design feasibility, processability, productiveness, efficiency, safety, etc. The complexity of the choice of machine layout is associated with their diversity depending on the fact that machines with different designs of assembly units can have the same arrangement and, conversely, lathes with the same designs of main elements can have different layouts. Due to the multiple effects of layout on the accuracy characteristics of a machine, the optimal layout solution choice is the priority problem of machine building. The study covers the development of a technique for selecting a layout solution for the CNC lathes, which considers the random location of cutting zones and the existence of power factors related to the design and layout of a spindle unit. In the developed technique, as a criterion for choosing an optimal arrangement, the authors suggest using an accuracy layout criterion evaluated by the elastic deformations of a spindle in the cutting zone. The study resulted in analytical expressions for an objective function depending on two design variables: angles determining the location of a spindle pre-drive gear and a tool-holding group. The authors note that for the precision lathes when identifying spindle bearing radial stiffness, one should take into account the stiffness anisotropy of a housing bore for the spindle front support. For two specified design variables, the study shows the performance of a scanning method (complete enumeration for 322 points). Using this method and processing with Mathcad software, the authors obtained a possible variation range of values of specified angles for five standard layouts of spindle support bearings and limitations related to the minimization of elastic deformations of the tooling system.
Обоснованный выбор компоновки станков является одним из направлений улучшения качества станков с ЧПУ и результатом всестороннего рассмотрения и учета целого ряда часто противоречивых требований: точности, конструктивной целесообразности, технологичности, производительности, экономичности, безопасности и т. д. Сложность выбора компоновки станков связана с их многообразием, определяемым тем, что станки с различными конструкциями узлов могут иметь одинаковые компоновки, и, наоборот, станки с одинаковыми конструкциями основных узлов могут иметь различные компоновки. В связи с многосторонним действием компоновки на точностные характеристики станка выбор оптимального компоновочного решения является актуальной задачей станкостроения. Исследование посвящено разработке методики выбора компоновочного решения для токарных станков с ЧПУ, учитывающей произвольное расположение зоны резания и наличие силовых факторов, связанных с конструкцией и компоновкой шпиндельного узла. В разработанной методике в качестве критерия выбора оптимальной компоновки предложено использовать точностной компоновочный критерий, который оценивается упругими деформациями шпинделя в зоне резания. Получены аналитические выражения для целевой функции в зависимости от двух проектных переменных параметров: углов, определяющих расположение предприводной шестерни шпинделя, и суппортной группы. Отмечено, что для прецизионных токарных станков при определении радиальной жесткости шпиндельных опор следует учесть анизотропию жесткости отверстия корпуса под переднюю опору шпинделя. Для двух указанных проектных переменных параметров показана эффективность метода сканирования (полного перебора для 322 точек), в результате использования которого и обработки с использованием пакета Mathcad получены области возможного варьирования значений указанных углов для пяти типовых компоновок подшипников опор шпинделя и ограничений, связанных с минимизацией упругих деформаций инструментальной системы.