Синтез и анализ компоновок металлорежущих станков (90

Синтез возможных кодов компоновок

Синтез осуществляется в результате возможных преобразований исходного (первичного) кода компоновки путём применения свойств цепей формообразования и правила круговой перестановки блоков, по схемам, представленным на рис. 2.

Применение свойств цепей формообразования и правила круговой перестановки блоков не изменяет формообразующих возможностей станка.

В соответствии со свойствами цепей формообразования, возможно следующее:

- перестановка соседних блоков, совершающих прямолинейные движения

относительно разных осей – XY = YX, XZ = ZX,YZ = ZY;

- перестановка соседних блоков один, из которых совершает вращательное движение, а другой прямолинейное относительно одной оси – XA = AX,

YB = BY, ZC = CZ;

- объединение блоков, совершающих одинаковые движения относительно одной и той же оси в один блок – XX = X, YY = Y, ZZ = Z, AA = A, BB = B, CC = C.

Y B V E

X Z A C U W D R

Рис. 2. Схемы круговой перестановки блоков

Синтез возможных формул компоновок станка

Выполняется путем включения в возможные коды компоновок стационарного блока. Стационарный блок обозначается символом – 0.

Различные формулы компоновок получают в результате подстановки символа – 0 на любое возможное место в каждый код компоновки.

Анализ компоновок

Выполняют в два этапа. На первом этапе осуществляют отбор предпочтительных компоновок из числа возможных. На втором этапе из наиболее предпочтительных компоновок определяют оптимальную.

Отбор предпочтительных компоновок

На этом этапе варианты компоновок оценивают, как правило, лишь качественно, на основании опыта и интуиции конструктора, с учётом требований технического задания.

Отбор компоновок в основном предопределяется функциональным назначением станка и условиями его эксплуатации. Учёт заданных факторов и ограничений при отборе компоновок осуществляют выполнением определённых условий отбора, основанных на технологических и конструктивных соображениях.

Для анализа сложных компоновок (чаще всего многоцелевых станков)

разработаны типовые условия отбора, учитывающие определённые факторы и ограничения [1]. Группы условий, характерные типовые условия отбора и соответствующие им структурные признаки в формулах компоновок представлены в табл. 1.

Синтез возможных компоновок и отбор предпочтительных из их числа можно выполнять на ПК с использованием программы KOMPONOVKA. В этом случае условия отбора вводятся в виде структурных формул. Структурная формула отбора компоновок составляется в виде последовательности символов и может быть простой или сложной, состоящей из нескольких простых.

При составлении структурных формул отбора применяют правила алгебры логики, используя функции инверсии (отрицания), конъюнкции (умножения) и для сложных формул – дизъюнкции (сложения). Простая структурная формула должна иметь столько символов, сколько их в формуле компоновки. Знак отрицания не является самостоятельным символом в структурной формуле.

Вкачестве символов в структурных формулах отбора используют:

-все буквы, применяемые при составлении формул компоновок;

-цифру 1, обозначающую вертикально-подвижный блок;

-цифру 2, обозначающую блок, совершающий вращательное движение;

-знак *, обозначающий любой возможный блок;

-знак –, обозначающий отрицание следующего за ним символа. Структурные формулы, отвечающие типовым условиям отбора

компоновок, приведённым в табл. 1, представлены в табл. 2.

Таблица 2

Структурные формулы отбора компоновок

Размеры направляющих i-го узла определяются габаритными

параметрами Bi, Li, Hi и величиной его рабочего хода – lxi. Расположение этих направляющих характеризуется максимальным расстоянием от их центра жёсткости 0i до некоторой характерной точки Р рабочего пространства станка.

Рекомендуется в качестве точки Р принимать центр торца шпинделя.

При данных условиях компактность компоновки можно оценить по выражению [4]

локальной системе координат (оси b, l, h) с началом, совпадающим с центром жёсткости направляющих i-го узла, мм; n – количество направляющих ( или подвижных узлов).

Компоновка, имеющая наименьшее значение параметра VK является оптимальной при заданных условиях и принимается за основу для дальнейшего проектирования станка.

Сравнение компоновок по степени компактности целесообразно выполнять на ПК с использованием оригинальной учебной программы OPTIKOMP. При этом в качестве исходных данных для расчётов объёмов компоновок VKi принимают:

-тип станка;

-предельные размеры обрабатываемой заготовки;

-значение основного параметра станка;

-максимальную длину применяемого инструмента;

-величины наибольших координатных перемещений узлов станка;

-исполнение направляющих подвижных узлов.

Пример синтеза и анализа компоновок многоцелевого станка приведён в приложении.

Библиографический список

1.Врагов, Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков [Текст]: Основы компонетики / Ю.Д. Врагов. – М.: Машиностроение, 1978. – 208 с

2.Портман, В.Т. Синтез компоновок станков на основе анализа процесса формообразования [Текст] / В.Т. Портман // Станки и инструмент. – 1982.

- № 7. – С. 8 – 11.

3.ГОСТ 23597-79 (СТ СЭВ 3135-81). Станки металлорежущие с числовым программным управлением. Обозначения осей координат и направлений движений. Общие положения [Текст]. – Введ. 1980 – 01 – 07. – М.: Издательство стандартов, 1993. – 14 с.

4.Старостин, В.К. Оценка компоновки металлорежущего станка [Текст] /

В.К. Старостин, В.М. Макаров // Станки и инструмент. – 1987. - №4. – С.7 – 8.

Приложение

Пример выполнения синтеза и анализа возможных компоновок станка

Исходные данные

1.Тип станка – горизонтальный многоцелевой станок для обработки призматических деталей.

2.Базовая модель (станок-аналог) – ИР-800ПМФ4.

3.Основной параметр станка (размеры стола-спутника) – 800 х 800 мм.

4.Предельные размеры обрабатываемой заготовки – 700 х 700 х 600 мм.

5.Максимальная длина применяемого инструмента – 400 мм.

6.Величины наибольших координатных перемещений узлов станка, мм:

-стола – 1000;

-стойки – 1000;

-шпиндельной бабки – 800.

Синтез возможных компоновок

Составление формулы схемы формообразования

С учётом формообразующих движений узлов станка-аналога и правил составления ФСФ формула имеет вид

Q = Т Т Т R,

где Т – прямолинейное движение стола с заготовкой (продольная подача);

Т– прямолинейное движение стойки перпендикулярно движению стола (поперечная подача);

Т– прямолинейное движение шпиндельной бабки перпендикулярно движению стойки (вертикальная подача);

R – вращение шпинделя вокруг оси перпендикулярной движению шпиндельной бабки (главное движение).

Определение системы координат станка

В соответствии с рекомендациями ГОСТ 23597-79 принимается система координат, представленная на рис. 4.

+Y

+X

Рис. 4. Система координат станка

Ось Z – горизонтальная и параллельна оси шпинделя. Положительное направление соответствует направлению удаления инструмента от заготовки.

Ось X – горизонтальная и положительное направление её вправо, если смотреть со стороны шпинделя на обрабатываемую заготовку.

Ось Y – вертикальная и положительное направление её вверх в

соответствии с правилом «правой руки».

Составление исходного кода компоновки

С учётом составленной ФСФ и принятой системы координат формула исходного (первичного) кода компоновки имеет вид

k1 = XZYC,

где X – блок стола с заготовкой, совершающий прямолинейное движение продольной подачи по оси X; Z – блок стойки, совершающий прямолинейное движение поперечной подачи по оси Z; Y – блок шпиндельной бабки, совершающий прямолинейное движение вертикальной подачи по оси Y; C –

блок шпинделя с инструментом, совершающий вращательное главное движение вокруг оси Z.

Синтез возможных кодов компоновок

Применяя для первичного кода свойства цепей формообразования и правило круговой перестановки блоков, получим возможные коды компоновок: