2.2. Структурный анализ базовых компоновок

Исходя из заданных движений инструмента относительно обрабатываемой детали, можно рассмотреть всю совокупность возможных базовых компоновок, пользуясь методом Ю.Д. Врагова. Если выбрать прямоугольную систему координат, ориентированную в неподвижном пространстве, то минимальное число подвижных узлов должно соответствовать числу заданных элементарных движений. Обозначим неподвижный узел символом О, а подвижные узлы символами X, Y, Z, если они перемещаются прямолинейно по соответствующим осям координат, и буквами А, В, С — вращательные движения относительно тех же осей.

Последовательность расположения узлов станка, которая и опре­деляет базовую его компоновку, можно тогда записать структурной формулой, в которой запись будет начинаться с узла, несу­щего заготовку, а кончаться узлом, несущим режущий инстру­мент. Так, например, для трехкоординатного бесконсольного фре­зерного станка компоновка, изображенная на рис. 6, записы­вается в виде:

XYOZbzC, (4)

где z обозначает дополнительное осевое перемещение шпинделя, так как можно условиться, что вспомогательные движения, не связанные с формообразованием, обозначим прописными бук­вами. На рис. 7 приведены компоновки некоторых типов станков общего назначения и соответствующие этим компоновкам формулы условной записи.

Формализация компоновок в виде условной записи имеет то достоинство, что позволяет рассмотреть все возможное мно­жество вариантов компоновок путем формальной перестановки символов в формуле. Для станка, изображенного на рис. 6, если учесть, что вращение инструментального шпинделя не влияет на различие вариантов, и ограничиться лишь формообразующими движениями, множество всех вариантов определяется перестановками символов в структурной формуле XYZO. Общее число перестановок 4! = 1·2·3·4 = 24.

Все возможные варианты компоновки могут быть сведены в матрицу (рис. 8, а). Столбцы матрицы различаются положением неподвижного узла, а строки (попарно) положением

вертикально перемещаемого узла. Анализ всего множества компоновок, заклю­ченных в матрице, осуществляют на основе выделения подмно­жеств, обладающих некоторыми общими признаками. Так, напри­мер, варианты последнего столбца приводят к компоновкам с неподвижным изделием, варианты, выделенные из третьего и четвертого столбцов штриховкой, дают компоновки с подвижной стойкой (рис. 9).

Рис. 6. Компоновка фрезер­ного станка

Рис. 7. Типичные компоновки некоторых станков: а — консольно-вертикально-фрезерного; б — токар­ного; в — зубодолбежного; г — сверлильного агрегатного

Число различных вариантов компоновок возрастает из-за возможности их различного расположения в пространстве. Все 24 варианта базовых компоновок, обусловленных различием в последовательности расположения узлов станка между инстру­ментом и обрабатываемой деталью, могут быть ориентированы в пространстве как горизонтальные или вертикальные. Кроме того, компоновка станка по указанным выше соображениям отвода стружки и охлаждающей жидкости для изменения теплового баланса может предусматривать различную конструкцию и расположение направляющих.

ZYXO	ZXOY	ZOXY	OZXY						OZXY
ZXYO	ZYOX	ZOYX	OZYX						OZYX
XZYO	XZOY	XOZY	OXZY					XOZY	OXZY
YZXO	YZOX	YOZX	OYZX					YOZX	OYZX
XYZO	XYOZ	XOYZ	OXYZ				XYOZ	XOYZ	OXYZ
YXZO	YXOZ	YOXZ	OYXZ				YXOZ	YOXZ	OYXZ

а) б)

			OZXY				ZXOY
			OZYX				ZYOX
		XOZY	OXZY
		YOZX	OYZX
		XOYZ	OXYZ					XOYZ
		YOXZ	OYXZ					YOXZ

в) г)

Рис. 8. Матрицы вариантов компоновок:

а – полное множество для формулы XYZO; б – подмножество при отсутствии вертикального перемещения

детали; в – подмножество при одном только горизонтальном перемещении детали; г – подмножество при

условии примыкания горизонтального перемещаемого узла к неподвижной станине

Влияние компоновки станка на температурные деформации, приводящие к относительному смещению инструмента и обраба­тываемой детали, особое значение имеет при проектирования прецизионных станков. Соображения, связанные с облегчением отвода стружки, важны для станков высокой производительности резания, особенно в тех случаях, когда сливная стружка не должна накапливаться в рабочей зоне станка.

Рис. 9. Варианты компоновок станка