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

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.

11

Таблица 2

Структурные формулы отбора компоновок

12

Оптимизация наиболее предпочтительных компоновок

Этот этап выполняется, если в результате качественного отбора компоновок определилось несколько равноценных, отвечающих одинаковому числу условий отбора. Тогда каждый вариант наиболее предпочтительных компоновок оценивают количественно и выбирают наилучший.

Поскольку компоновку выбирают на самых ранних стадиях проектирования станка, то из-за отсутствия исходных данных расчёт частных критериев его качества затруднён. Поэтому целесообразно принять обобщённый критерий, который можно считать главным для оценки компоновки, а значение его могло бы сравнительно просто определяться. В

качестве такого критерия рекомендуется принять – степень компактности компоновки [4]. Более компактная компоновка, как правило, позволяет создать станок более высокой жесткости, следовательно, более точный, менее материалоёмкий и имеющий меньшую стоимость изготовления.

За основу количественной оценки компактности компоновки предлагается принять размеры и расположение направляющих узлов станка

(рис. 3).

Рис. 3. Параметры для определения компактности компоновки

13

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.

14

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.

15

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).

16

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:

17

К106 =ZXYA0, К107 = ZXYB0, К108 = ZXYC0, К109=ZY0AX, К110=ZY0XA,

18

К111 = ZY0XB, К112 = ZY0XC, К113 = ZYA0X, К114=ZYAX0, К115=ZYX0A, К116 =ZYX0B, К117 = ZYX0C, К118 = ZYXA0, К119=ZYXB0, К120=ZYXC0.

Анализ возможных компоновок

Отбор предпочтительных компоновок

В соответствии с условиями задания из всех возможных принимаются только компоновки с горизонтальным инструментальным шпинделем, ось вращения которого совпадает с осью Z. Первому условию (только горизонтальные) соответствуют следующие компоновки:

К1 = 0XYCZ, К2 = 0XYZA, К4 = 0XYZC, К6 = 0XZYA, К8 = 0XZYC, К9 = 0YXCZ, К10 = 0YXZA, К12 = 0YXZC, К13 = 0YZAX, К14 = 0YZXA, К16 = 0YZXC, К18 = 0ZXYA, К20 = 0ZXYC, К21 = 0ZYAX, К22 = 0ZYXA, К24 = 0ZYXC, К25 = X0YCZ, К26 = X0YZA, К28 = X0YZC, К30 = X0ZYA, К32 = X0ZYC, К33 = XY0CZ, К34 = XY0ZA, К36 = XY0ZC, К37 = XYC0Z, К38 = XYCZ0, К39 = XYZ0A, К41 = XYZ0C, К42 = XYZA0, К44 = XYZC0, К46 = XZ0YA, К48 = XZ0YC, К51 = XZY0A, К53 = XZY0C, К54 = XZYA0, К56 = XZYC0, К57 = Y0XCZ, К58 = Y0XZA, К60 = Y0XZC, К61 = Y0ZAX, К62 = Y0ZXA, К64 = Y0ZXC, К65 = YX0CZ, К66 = YX0ZA, К68 = YX0ZC, К69 = YXC0Z, К70 = YXCZ0, К71 = YXZ0A, К73 = YXZ0C, К74 = YXZA0, К76 = YXZC0, К77 = YZ0AX, К78 = YZ0XA, К80 = YZ0XC, К81 = YZA0X, К82 = YZAX0, К83 = YZX0A, К85 = YZX0C, К86 = YZXA0, К88 = YZXC0, К90 = Z0XYA, К92 = Z0XYC, К93 = Z0YAX, К94 = Z0YXA, К96 = Z0YXC, К98 = ZX0YA, К100 =ZX0YC, К103 =ZXY0A, К105 =ZXY0C, К106 =ZXYA0, К108 =ZXYC0, К109 =ZY0AX, К110 =ZY0XA, К112 =ZY0XC, К113 =ZYA0X, К114 =ZYAX0, К115 =ZYX0A, К117 =ZYX0C, К118 =ZYXA0, К120 =ZYXC0.

Второму условию (ось вращения инструментального шпинделя совпадает с осью Z) соответствуют следующие компоновки:

К4 = 0XYZC, К8 = 0XZYC, К12 = 0YXZC, К16 = 0YZXC, К20 = 0ZXYC,

19

К24 = 0ZYXC, К28 = X0YZC, К32 = X0ZYC, К36 = XY0ZC, К41 = XYZ0C, К48 = XZ0YC, К53 = XZY0C, К60 = Y0XZC, К64 = Y0ZXC, К68 = YX0ZC, К73 = YXZ0C, К80 = YZ0XC, К85 = YZX0C, К92 = Z0XYC, К96 = Z0YXC, К100 =ZX0YC, К105 = ZXY0C, К112 = Y0XC, К117 = ZYX0C.

С учётом функционального назначения и заданных условий эксплуатации

проектируемого станка принимаются следующие типовые условия отбора компоновок в соответствии с табл. 1: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 2.1, 2.2, 2.4, 2.6, 3.3, 3.5,

4.2, 4.3, 4.4, 5.5.

Компоновки после отбора по типовым условиям:

К4 = 0XYZC, К8 = 0XZYC, К12 = 0YXZC, К16 = 0YZXC, К20 = 0ZXYC, К24 = 0ZYXC, К28 = X0YZC, К32 = X0ZYC, К36 = XY0ZC, К41 = XYZ0C, К48 = XZ0YC, К53 = XZY0C, К60 = Y0XZC, К64 = Y0ZXC, К68 = YX0ZC, К80 = YZ0XC, К85 = YZX0C, К92 = Z0XYC, К96 = Z0YXC, К100 =ZX0YC, К105 =ZXY0C, К112 =ZY0XC, К117 =ZYX0C.

Количество соответствий компоновок типовым условиям отбора:

К105 =ZXY0C – 2, К112 =ZY0XC– 4, К117 =ZYX0C– 2.

Анализируя результаты качественного отбора компоновок, принимаются наиболее предпочтительные – отвечающие наибольшему числу условий отбора.

В данном случае это равноценные компоновки с формулами: К28 = X0YZC и

К32 = X0ZYC. Так как эти компоновки отвечают одинаковому количеству условий отбора, то для выбора оптимальной целесообразно провести сравнение их по количественному показателю – степени компактности.

20