Синтез и анализ компоновок металлорежущих станков. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплинам «Металлорежущие станки» и «Проектир

УДК 914.9(07)

Б 147

Рецензент: д-р техн. наук, проф. А.М. Козлов

Багров, Б.М.

Б 147 Синтез и анализ компоновок металлорежущих станков [Текст]:

метод. указ. к курсовому проектированию по дисциплинам

«Металлорежущие станки» и «Проектирование станочного оборудования» / сост. Б.М. Багров. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 22 с.

Приведена методика синтеза и анализа возможных компоновок металлорежущих станков с учётом их основного назначения – выполнения требуемого процесса формообразования.

Методические указания предназначены для студентов специальности 151001.65 «Технология машиностроения», а также обучающихся по направлению 151900 – конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, при изучении дисциплины «Проектирование станочного оборудования».

Табл. 2. Ил.4 . Библиогр.: 4 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2012

2

Синтез возможных компоновок станка

Синтез возможных компоновок станка выполняется в следующей последовательности:

-составление формулы схемы формообразования (ФСФ);

-определение системы координат станка;

-составление первичного кода компоновки;

-синтез возможных кодов компоновок;

-синтез возможных формул компоновок.

Составление формулы схемы формообразования

Процесс формообразования, а, следовательно, и формообразующие возможности станка можно характеризовать формулой схемы формообразования [2]. ФСФ записывается в виде упорядоченной последовательности символов

Q = q1 q2 … qi …qn ,

где qi – символ, характеризующий одно из формообразующих движений; n – число основных движений.

Символ qi (за исключением q1) определяет вид движения и расположение его оси относительно оси предыдущего движения. Символ q1 характеризует только вид движения узла, несущего заготовку. Для обозначения символов qi

рекомендуется применять следующие буквы латинского алфавита [2]:

-T, H – прямолинейные движения;

-R, C – вращательные движения.

При этом:

- T – прямолинейное движение, направление которого перпендикулярно направлению предыдущего прямолинейного движения или перпендикулярно оси предыдущего вращательного движения;

4

-H – прямолинейное движение, направление которого параллельно направлению предыдущего прямолинейного движения или параллельно оси предыдущего вращательного движения;

-R – вращательное движение, ось которого перпендикулярна направлению предыдущего прямолинейного движения или

перпендикулярна оси предыдущего вращения; - С – вращательное движение, ось которого, параллельна направлению

предыдущего прямолинейного движения или параллельна оси предыдущего вращения.

Формулу схемы формообразования составляют с учётом формообразующих движений станка аналога и при этом необходимо выполнять следующее:

-запись ФСФ начинать с символа (q1), определяющего вид абсолютного движения узла, несущего заготовку. Если это движение прямолинейное, то его обозначают буквой Т, если вращательное – буквой R;

-заканчивать запись ФСФ символом (qn), определяющим вид и расположение оси движения узла несущего инструмент;

-применять свойства цепей формообразования [2].

Определение системы координат станка

При синтезе и анализе блочных структур компоновок станков для определения координатной принадлежности блоков используют систему обозначения координат станка, отвечающей рекомендациям международной организацией по стандартизации (ISO) [3]. В соответствии с этим стандартом применяют прямоугольную систему основных осей координат X, Y, Z.

Положение осей координат и положительные направления перемещений относительно них определяют по правилу «правой руки» (см. рис.1):

а) большой палец соответствует положению – оси X, указательный – оси

Y,

средний – оси Z;

5

б) если расположить большой палец вдоль положительного направления оси, то положение других сжатых в кулак пальцев укажет положительное направление вращения вокруг этой оси.

Рис. 1. Положение осей координат и положительные направления перемещений относительно них по правилу «правой руки»

Кроме перемещений относительно основных осей координат, возможны перемещения относительно вторичных (U, V, W), параллельных основным.

Ось Z – всегда параллельна оси вращения основного шпинделя.

В многошпиндельных станках основным шпинделем является тот, ось которого, перпендикулярна поверхности установки заготовки. Положительное направление оси Z соответствует направлению удаления инструмента от заготовки (независимо от того перемещается ли узел с инструментом или нет).

Для станков с вращением заготовки (например, токарных) ось X

параллельна направлению движения поперечной подачи, а + X по направлению удаления инструмента от оси вращения заготовки.

Для станков с вращением инструмента ось X расположена горизонтально.

Для горизонтальных станков (ось Z – горизонтальная) ось + X всегда вправо если смотреть со стороны шпинделя на заготовку. Для вертикальных одностоечных станков ось + X всегда вправо, если смотреть от шпинделя на стойку. Для вертикальных двухстоечных станков ось + X вправо, если смотреть от основного шпинделя на левую стойку.

Положение оси Y и её положительное направление определяют по правилу «правой руки» или правилу «правого винта». Правило «правого

6

винта»: если мысленно вращать ось +X в направлении к оси +Y, то винт с правой резьбой будет вкручиваться вдоль положительного направления оси Z.

Составление кода компоновки

Код компоновки записывается на основе ФСФ, принятой системы

координат и составляется в виде последовательности символов

k = g1g2…gi…gn ,

где gi – символ, обозначающий i-й подвижный блок (узел), совершающий определённое формообразующее движение относительно соответствующей оси; n – число подвижных блоков.

В качестве символов gi используют буквы аналогичные буквам,

применяемым для обозначения движений узлов относительно

соответствующих осей координат при программировании станков с ЧПУ.

Блоки, совершающие движения относительно основных осей обозначают:

- X – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси X; - Y – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси Y; - Z – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси Z; - А – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси X;

- В – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси Y; - С – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси Z.

Блоки, совершающие вторичные движения относительно осей (U, V, W)

параллельных основным обозначают:

- U – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси U; - V – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси Y; - W – блок, совершающий прямолинейное движение относительно оси

W;

- D – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси U; - E – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси V; - R – блок, совершающий вращательное движение вокруг оси W.

7

Синтез возможных кодов компоновок

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 –

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.

8

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.

9

10