Моделювання ефективних компоновочних рішень при виборі структури та параметрів агрегатних верстатів середнього розміру

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК. 621.9.06

Моделювання ефективних компоновочних рішень при виборі структури та параметрів агрегатних верстатів середнього розміру

Спеціальність: 05.03.01-процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Приходько Ольга Юріївна

Харків 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології машинобудування та металорізальних верстатів Харківського державного політехнічного університету.

Захист відбудеться “___4__” березня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою: 310002, м.Харків-2, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий “__30__ “ січня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Узунян М.Д.

верстат компоновка агрегатний

АНОТАЦІЇ

Приходько О.Ю. Моделювання ефективних компоновочних рішень при виборі структури та параметрів агрегатних верстатів середнього розміру. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Харківський державний політехнічний університет. Харків 1998 рік.

Захищається робота, метою якої є підвищення ефективності агрегатних верстатів середнього розміру, поліпшення їх структури та параметрів, що визначається підвищенням точності, комплексності обробки, жорсткості технологічних систем. Запропонований до використання варіант центроколоного агрегатного верстату, що підвищує рівень концентрації, комплексності обробки, дозволяє поліпшити якісні параметри деталей, що обробляються.

Ключові слова: комплексність, жорсткість, точність, агрегатні верстати, центроколона компоновка.

Prihodko О. Y. Modeling of the effective layout decisions at a choice of structure and parameters of unit-building machine tools of the average size. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of technical science on a speciality 05.03. 01 - processes of machining, machine tools and tools. Kharkov State Polytechnical University. Kharkov 1998. The work is protected, which purpose is the increase of efficiency of unit-building machine tools of the average size, improvement of their structure and parameters, which are determined by increase of accuracy, integrated approach of processing, rigidity of technological systems. The variant of the unit-building machine tool with central column is offered for use which allows to raise a level of concentration, integrated approach of processing, allows to improve qualitative parameters of processable details.

Key words: integrated approach, rigidity, accuracy, modular machine tools, configuration with central column.

Приходько О.Ю. Моделирование эффективных компоновочных решений при выборе структуры и параметров агрегатных станков среднего размера. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. Харьковский государственный политехнический университет. Харьков 1999 год.

Защищается работа, целью которой является повышение эффективности агрегатных станков среднего размера, улучшение их структуры и параметров, которые определяются повышением точности, комплексности обработки, жесткости технологических систем.

Разработка компоновки агрегатного станка строится на принципах концентрации и дифференциации технологических операций и преследует цель достижения оптимальной производительности формообразования, минимальной металлоемкости, максимальной жесткости и точности обработки, минимальной занимаемой производственной площади и др. характеристик в соответствии с принятыми при проектировании критериями.

Анализ структуры процесса проектирования агрегатного станка среднего размера позволил выявить структуру “жизненного” цикла агрегатированного оборудования, специфические особенности и ограничения каждого этапа. На каждом этапе проектирования возможно получение локального оптимума: на этапе разработки технологической компоновки определяющее значение имеет производительность, и оптимальный вариант выбирается с учетом технологических особенностей агрегатных станков; при принятии конструкторских проектировочных решений добавляются критерии точности обработки, жесткости технологической системы, занимаемой площади и т.д.

В результате анализа проектировочных решений была определена сетевая структура взаимосвязей оценочных критериев, которая будет учитываться в каждой локальной задаче создания гаммы вариантов компоновок агрегатных станков.

Понятие объема зоны обработки наиболее полно отражает особенности обработки на агрегатных станках, а как оценочный критерий предложено понятие- относительный объем зоны обработки, позволяющий для каждой конкретной компоновки агрегатного станка определить уровень концентрации операций, показатель использования производственных площадей и т.д. Математическая модель объема зоны обработки, в которой рассматриваются параметры объемов зоны транспортной системы, зоны детали и зоны инструмента, позволяет оценить, прямо или косвенно, характеристики проектируемого станка (производительность, точность, жесткость).

На основе модели взаимосвязи геометрической точности элементов компоновочного решения и точности обработки на агрегатном станке, в которой выявлены основные факторы погрешностей взаимного расположения и формы монтируемых узлов и элементов, определяющие геометрическую точность станков, проведен сравнительный анализ и выявлены преимущества вертикальной компоновки по сравнению с горизонтальной.

Предложен для использования вариант центроколонного агрегатного станка, который позволяет повысить уровень концентрации, комплексности обработки, улучшить качественные параметры обрабатываемых деталей.

Исследования точности элементов компоновок агрегатных станков для различных схем расположения силовых агрегатов подтвердили необходимость повышения жесткости вертикально расположенных силовых агрегатов и целесообразность размещения вертикальных позиций обработки на центральной колонне, о чем свидетельствует экспериментальное исследование жесткости арочной стойки. Экспериментальное исследование жесткости элементов компоновок агрегатных станков среднего размера показало, что жесткость в осевом направлении в 4...6 раз выше, чем в радиальном, что соответствует основной схеме нагружения; стендовый эксперимент с использованием арочной конструкции подтвердил преимущества центроколонной вертикальной позиции обработки. Экспериментальное исследование величины отжатия поворотно-делительного стола и результаты измерений осевой нагрузки планшайбы на каждой позиции обработки приводят к выводу о том, что для повышения точности обработки и расширения области применения агрегатных станков, в ряде случаев, рационально отказаться от общей технологической основы- планшайбы поворотно-делительного стола.

Методика математического моделирования включает алгоритм выбора квазиоптимального варианта компоновки агрегатного станка среднего размера, состоящий из четырех модулей и позволяющий поэтапно осуществлять выбор режущих инструментов, формирование инструментальных наладок, а затем выбор определенных типов силовых агрегатов и, наконец, выбор варианта компоновки станка.

Анализ реально существующих агрегатных станков среднего размера показал возможность и целесообразность замены горизонтально расположенных силовых агрегатов вертикальными с дальнейшей их установкой на центральной колонне. Применение центроколонной компоновки позволяет повысить точность обработки, увеличивает резерв производительности и уменьшает занимаемую станком площадь.

Ключевые слова: комплексность, жесткость, точность, агрегатные станки, центроколонная компоновка, объем зоны обработки.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Необхідність підвищення ефективності машинобудування нерозривно пов'язана з розвитком та вдосконаленням принципу агрегатування при створенні технологічних систем обробки різанням. Підвищення показників якості, зниження металоємності, зменшення займаних площ та поліпшення деяких інших показників агрегатних верстатів (АВ), що залежать від структури та параметрів цього обладнання, визначається рівнем рішення задачі спрямованого пошуку квазиоптимальних компоновочних рішень. Особливістю агрегатованого обладнання, внаслідок його унікальності, є відсутність етапу виготовлення та випробування дослідного зразка для перевірки прийнятих компоновочних рішень. У той же час кожній деталі ,що оброблюється, відповідає множина можливих варіантів компоновки, сукупність різноманітних параметрів, що залежать від деталі, від структури техпроцесу. У нинішній час назріла необхідність на фундаменті узагальнення досвіду проектування, виробництва та експлуатації агрегатованого обладнання (АО) розробити принципи оптимізації компоновок АВ, управління їхньою структурою, параметрами та основними характеристиками згідно з цільовими функціями та вимогами створення конкурентоспроможної продукції.

Досліди пов'язані з тематикою кафедри "Технологія машинобудування та металорізальні верстати" Харківського державного політехнічного університету (ХДПУ) згідно Комплексним цільовим науково-технічним програмам України ( КЦНТП-14 та КЦНТП-22).

Мета роботи - підвищення ефективності агрегатних верстатів середнього розміру, поліпшення їхньої структури та параметрів, що визначається підвищенням точності, комплексності обробки, жорсткості технологічних систем, зниженням металоємності при отриманні компоновочних рішень у процесі проектування та, в значній мірі, виготовлення.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні наукові задачі:

алгоритмізації процесу розробки компоновки спеціального агрегатного верстату середнього розміру із встановленням системи критеріїв оцінки варіантів;

вироблення та уточнення положень та термінів компонетики металорізального обладнання відносно компоновки агрегатного верстату середнього розміру;

статистичного аналізу характеристик структури та параметрів компоновочних рішень при проектуванні агрегатних верстатів середнього розміру;

розроблення математичної моделі компоновочного рішення агрегатного верстату середнього розміру з врахуванням особливостей та обмежень щодо технології обробки на них, конструкції, технології виготовлення та експлуатації;

розроблення методики оцінки варіантів конструкторських компоновок АВ середнього розміру з можливістю вибору найкращого;

практичної реалізації результатів дослідження та рекомендацій при проектуванні та виготовленні АВ середнього розміру.

Загальна методика досліджень. Дослідження виконані на основі сучасних принципів проектування, системного аналізу технологічних та конструкторських особливостей АВ середнього розміру, аналізу критеріїв прийняття компоновочних рішень з використанням основних положень технології машинобудування, теорії графів, математичної логіки, теорії множин. У ході дослідження виявлені та систематизовані принципи формування множини варіантів технологічних та конструкторських компоновок АВ, формалізовані деякі процедури проектування нового верстату та критерії оптимізації компоновочних рішень. Теоретичні положення роботи побудовані на виробленні та уточненні положень та термінів компонетики металорізального обладнання стосовно до компоновок агрегатних верстатів середнього розміру .

Наукова новизна дослідження полягає в тому, що на основі структуризації процесу отримання компоновочного рішення при проектуванні унікальних багатопозиційних агрегатних технологічних систем металообробки різанням, встановлення функціональних та статистичних взаємозв'язків параметрів та характеристик структур компоновок, вироблення критеріїв ранжування для отримання варіантів компоновочного рішення вперше розроблена математична модель компоновки багатопозиційних АВ середнього розміру, моделювання на основі якої дозволяє вибрати технологічно та економічно обгрунтовані варіанти конструкторських компоновок (КК) цих верстатів та визначити межі можливих відступів від оптимального варіанту. Для забезпечення цього автором розроблені та захищаються наступні наукові положення:

про структурну єдність всіх етапів одержання компоновочного рішення при проектуванні багатопозиційних агрегатних верстатів середнього розміру та про наявність інваріантної частини параметрів, характеристик та критеріїв, за значенням яких можлива оцінка варіантів рішень на різноманітних етапах розроблення компоновки;

про можливість розроблення на основі інваріантної частини параметрів, характеристик та критеріїв математичної моделі компоновки багатопозиційних АВ середнього розміру та сама математична модель;

про можливість прогнозування найкращого компоновочного рішення при спрямованому виборі параметрів та характеристик структури на кожному етапі прийняття компоновочного рішення;

про можливість підвищення жорсткості та, отже, точності обробки на багатопозиційних агрегатних верстатах середнього розміру шляхом спрямованого пошуку варіантів компоновочного рішення.

Автор захищає наступні теоретичні та прикладні результати роботи:

математичну модель компоновки спеціальних багатопозиційних агрегатних верстатів середнього розміру;

методику математичного моделювання компоновок АВ середнього розміру та ранжування варіантів;

комплекс інформаційного, алгоритмічного та програмного забезпечення підсистеми САПР конструкторських компоновок АВ.

Практична цінність роботи полягає в розробленні прийомів, алгоритмів та програмного забезпечення проектування та технології виготовлення компоновок та конструкцій систем багатопозиційних АВ середнього розміру, що мають більш високі технологічні можливості, поліпшені характеристики жорсткості та точності обробки, що включає до себе:

методику прийняття компоновочного рішення при проектуванні багатопозиційного АВ середнього розміру у залежності від вимог завдання на проектування;

методику проектування багатопозиційного агрегатного верстату, що має центроколонну компоновку;

принципи прийняття конструкторського рішення супутникового варіанту транспортної системи багатопозиційних АВ середнього розміру з підвищеною точністю обробки.

Реалізація результатів роботи. Основні положення роботи використовуються на практиці у процесі проектування та виробництва АВ Харківським виробничим об'єднанням по випуску агрегатних верстатів (ХВО АВ). Впровадження означених опрацювань у практику проектування та, у значній мірі, виготовлення багатопозиційних АВ середнього розміру дозволило отримати сумарний річний економічний ефект 2.5 млн. карбованців у цінах 1992 року за рахунок:

- поширення технологічних можливостей верстатів, що виявляється у підвищенні рівня концентрації технологічних операцій на кожному одиничному верстаті та, як наслідок, у відсутності потреби проектування декількох агрегатних верстатів для повної обробки однієї та тієї ж трудомісткої у виготовленні деталі (у протяг року таких випадків 8-13);

- підвищення точності обробки на багатопозиційних АВ середнього розміру, що також підвищує комплексність обробки та дозволяє забезпечувати виготовлення надто точних деталей без переривання технологічного циклу, що знижує трудомісткість виготовлення цих деталей (таких випадків понад 24 за рік).

Теоретичні та методичні результати роботи використовуються у навчальному процесі на кафедрі "Технологія машинобудування та металорізальні верстати" ХДПУ при навчанні студентів спеціальностей 7.090202 та 7.090203.

Апробація роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на семінарах кафедри технології машинобудування та металорізальних верстатів ХДПУ у 1995-1998р; на технічних радах СКБ АВ та Харківського заводу агрегатних верстатів; на науково-технічних конференціях: міжнародній науково-методичній конференції “Автоматизація конструювання виробів та проектування технологічних процесів у машинобудуванні” (15-19 вересня 1995 р., м.Суми); міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” (12-14 травня 1997 р., м.Харків); міжнародній технічній конференції “Машинобудування та техносфера на рубежі ХХI сторіччя” (8-11 вересня 1998р., м.Севастополь).

Публікації. По матеріалам дисертації опубліковано 6 друкованих робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, підсумку, списку літератури, що використовувалася ( 147 джерел), і додатків. Загальний обсяг роботи 219 стор., в тому числі: 59 рисунків, 13 таблиць і 12 додатків на 78 сторінках. Основна частина роботи містить 141 сторінку машинописного тексту.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розглянутий стан питання, обгрунтовується актуальність теми, визначається мета і основні задачі дослідження, розглядаються основні положення та визначення компонетики металорізальних верстатів (МВ); особливості компоновок різноманітних груп металорізального обладнання; характеристики та параметри АВ, що визначаються їх компоновкою, а також переваги та недоліки різноманітних компоновочних рішень при проектуванні МВ.

При створенні спеціальних агрегатних верстатів існує внутрішнє протиріччя між високим ступенем уніфікації елементної бази та великою різноманітністю компоновочних реалізацій, що породжується багатообразністю геометричних форм деталей та можливістю використання при проектуванні будь-яких засобів концентрації та диференціації операцій.

Принциповою розбіжністю у підходах до компонетики спеціальних агрегатних верстатів та верстатів універсальних (токарних, фрезерних та т.і.) є те, що останні будуються або на реалізації конкретних рухів формоутворення, або на традиціях проектування, в той час, як агрегатні верстати створюються для реалізації набору технологічних операцій.

Питання вибору раціональної компоновки спеціального обладнання у сучасних умовах найбільш важливі, бо, по-перше, визначають основні споживчі та експлуатаційні характеристики; по-друге, дозволяють керувати трудомісткістю виготовлення агрегатних верстатів, рівнем металоємності, енергоозброєності та т.і. Для агрегатних верстатів характерно суттєве підвищення питомої металоємності та енергоозброєності при невисокій точності обробки.

Таким чином, визначається мета даного дослідження та задачі для її досягнення.

Задача вибору варіанту взаємного розташування окремих вузлів верстату є багатоваріантною, багатофакторною задачею, що тісним чином пов'язана з синтезом схеми обробки деталі (технологічною компоновкою ).

Розробкою питань компонетики металорізального обладнання; визначенням технологічних основ та принципів конструювання АО; розвитком самого принципу агрегатування та практичним застосуванням його основ займалися багато видатних вчених: О.І.Аверьянов, Ю.Д.Врагов, Н.М.Вороничев, Х.Гебель, А.І.Дащенко, Д.Я.Ільінський, Ю.М.Кузнецов, Л.В.Перегудов, Ю.В.Тимофієв, Г.А.Шаумян та ін. Аналіз виконаних досліджень показав, що у найменшій мірі досліджені принципи розробки раціональних КК унікального (що не має повних аналогів) агрегатованого металорізального обладнання.

Конструкторська компоновка АВ, що визначається складом функціональних елементів та їх просторовим сполученням, залежить від технологічної компоновки (ТК), що визначається складом технологічних переходів та їх часовим суміщенням.

Множина варіантів ТК та КК агрегатних верстатів подана у вигляді збіжного графа (рис. 1). Ланками графу варіантів ТК (ліва частина) є певні властивості технологічного процесу: Э - вид обробки; Г - організація завантажування та зйому деталі; Чу - кількість установів; Чп - кількість позицій обробки; Чса - кількість силових агрегатів; Чш - кількість шпинделів. Параметри КК (права частина), що характеризують конструктивні рішення: Чs - кількість груп подачі; Чv - кількість груп головного руху; Ш і С - відповідно, крокове переміщення та стаціонарне положення деталі; В, В, П,П - види крокового переміщення; H, V - положення траєкторії у просторі; Т, S - направлення подачі.

При такому представленні множина основних варіантів формується шляхом перебирання значень, що визначають компоновку параметрів, з врахуванням зв'язків поміж ними.

Первинність часових показників пов'язана з прагненням при проектуванні АВ забезпечити максимальну продуктивність обробки (мінімум часу виготовлення), оптимальні

диференціацію та концентрацію технологічних переходів. Конструкторська компоновка являє собою останній етап розробки проектної документації на верстат (технічної пропозиції) і відтворюється при традиційному проектуванні евристично, а її якість залежить від кваліфікації проектувальника, бо при виконанні цього завершального етапу проектування вирішуються загалом одноваріантні конструкторські задачі, а результати вкрай складно оцінити якимось об'єктивним критерієм якості.

Для формального опису структурної моделі АВ може бути використана структурна формула або інформаційний код. Належить визначити, що існуючі засоби позначення (кодування) агрегатованого обладнання не несуть необхідної інформації про його структуру. Враховуючи те, що агрегатний верстат, як технологічна система, має ієрархічну структуру, інформаційний код компоновки агрегатного верстату повинен задовольняти наступним вимогам: 1) однозначно та повно описувати синтезовану компоновку верстату у відповідності з графом його структури; 2) мати блочну структуру та різноманітні рівні деталізації на кожному етапі проектування верстату; 3) при різній мірі конкретизації параметрів на кожному етапі проектування дозволяти по можливості без залучення додаткової інформації проводити оцінку проектних рішень.

Для аналізу компоновок багатоопераційних верстатів запроваджено поняття робочого поля компоновки, що визначається, як область простору, у межах якої відбувається формоутворення поверхонь та навантаження верстату силами різання. В певних межах робоче поле багатоопераційного верстату безперервно, тоді як при обробці на АВ раніше відомі та враховуються розташування поверхонь, що обробляються, та робоче поле компоновки має чіткі обмеження. В наслідок цього для агрегатованого обладнання нами застосовується поняття об'єму робочої зони обробки, як області простору, що обмежена мінімальним, максимальним габаритними радіусами транспортування та максимальним радіусом розташування силового агрегату, який залежить від довжини інструментальної осі.

Особливістю обробки на АВ є обмеженість об'єму зони обробки. Якщо зіставити питомий об'єм зони обробки, що визначається співвідношенням об'єму зони обробки до об'єму верстату, то відносно цього показника АВ, у порівнянні з іншими типами обладнання, мають більше обмеженостей. Порівняно з верстатами інших груп питома концентрація обробки (число технологічних переходів, що припадає на одиницю об'єму зони обробки та на одну деталь) на АВ також значно вища. Висока питома концентрація обробки при малому питомому об'ємі зони обробки - особливість, що відокремлює спеціальні АВ.

Вимога максимальної концентрації обробки на АВ деталей з більшою кількістю поверхонь, що оброблюються, ставить завдання збільшення об'єму робочої зони, що припадає на одну позицію, для можливості розміщення на ній більшої кількості інструментів. З іншого боку, необхідність збільшення кількості позицій обробки для реалізації на АВ технологічного процесу з більшим числом переходів та високою продуктивністю, веде до зменшення величини сектору зони обробки, як частини фактичного об'єму зони обробки, що належить позиції верстату.

Для розв'язання цього протиріччя виникає необхідність збільшення радіусу транспортування, що неминуче веде до збільшення радіального габариту верстату (несеної системи), а отже металоємності. У цьому випадку можливо віддавати перевагу вертикальній компоновці силових агрегатів (СА). Аналіз параметрів геометричної точності СА також підтверджує перевагу вертикальної компоновки перед горизонтальною.

Збільшення радіусу транспортування викличе збільшення “незаповненого” об'єму у центрі планшайби столу. З'являється потенційна можливість використати цей об'єм для розміщення у ньому центральної колони, як елементу несеної системи верстату. Перенос на нього силових агрегатів дозволяє обмежити радіус станини радіусом транспортної системи.

Критерії оцінки компоновки агрегатних верстатів, що прийняті, розміри та конфігурація зони обробки визначають, по-перше, параметри технологічного процесу обробки (рівень концентрації технологічного діяння на систему заготовок у циклі обробки), а по-друге, споживчі параметри верстату, що проектується (металоємність; зручність обслуговування; площу, яку займає верстат та ін.)

З цього боку були виведені деякі залежності по визначенню основних розмірів зони обробки, що, однак, не вичерпують компоновочну картину АВ, але дозволяють керувати розмірами та конфігурацією зони обробки (рис.2):

де Vc - об'єм зони транспортної системи (столу) ;

VД - об'єм зони деталі;

Vn - об'єм зони інструменту.

У якості критерія оцінки запропонований відносний об'єм зони обробки [Vр.з.], який розглядається, як відношення фактичного об'єму зони обробки до максимального, та являється посереднім критерієм рівня концентрації операцій, продуктивності, комплексності обробки та використання виробничих площ:

1.

Залежно від геометричного розташування відносний об'єм зони обробки для вертикально розташованого силового агрегату САВ

,

а для горизонтального розташування-

,

де a, b, c - габарити деталі з урахуванням габаритів пристрою;

n - кількість деталей, що оброблюються на одній позиції;

R1 - радіус “незаповненої” зони;

R2 - R1 - зона деталей та зона інструмента для САв;

R3 - R1 - зона інструмента для САг;

h - висота зони обробки, на котрій може бути розташований інструмент;

l - значення виліту інструмента;

L -довжина зони обробки; b - ширина зони обробки.

Актуальною задачею при проектуванні АВ є підвищення точності обробки, тому що агрегатні верстати, що випускаються ХВО АВ, стабільно забезпечують тільки 12 квалітет точності. Тому другим основним критерієм є точність обробки, що визначається впливом геометричної точності елементів компоновки, конфігурацією та протягом розмірних ланцюгів, розташуванням та засобом забезпечення точності замикальних ланок і т.д. У моделі взаємозв'язку геометричної точності елементів компонувального рішення та точності обробки на АВ виявлені основні фактори похибок взаємного розташування та форми вузлів і елементів АВ, що визначають геометричну точність АВ. У результаті порівняльного аналізу компоновок виявлені переваги вертикальної компоновки у порівнянні з горизонтальною (табл.). Величини похибок, значення допусків складових ланок використовуються при визначенні основних параметрів об'єму зони обробки в якості відхилень складових: i- для горизонтальної компоновки та i- для вертикальної. Сукупність значень характеристик точності складових частин при визначенні висоти (довжини) зони обробки дозволяють оцінити точність, що отримана подовж цієї координати зони обробки, отже отримана величина характеризує точність саме компоновки по одній координаті. Запропонована методика дозволяє визначити точність компоновки в деякій точці об'єму зони обробки та розглядати точність обробки на АВ, як властивість об'єму зони обробки. Невисока точність обробки пояснюється, з одного боку, великою кількістю елементів, що мають кінцеву жорсткість, а з другого боку, використанням єдиного транспортно-базуючого елемента (планшайби).

Розрахункові значення параметрів точності АВ

Для порівняння варіантів компоновок АВ проведені дослідження залежностей пружних та контактних деформацій від зусиль різання: переміщення осі отвору від теоретичного положення, зумовлене деформаціями несеної системи та сумарною деформацією позицій обробки.

Дослідження жорсткості елементів несеної системи (стояків, підкладок, центральної колони) при статичному їх навантаженню дозволило виявити величину похибок, що з'явилися, та зіставити варіанти компоновки СА. Під час дослідження проведено експеримент - порівняння по жорсткості трьох варіантів розташування силових агрегатів: 1) горизонтально; 2) вертикально на уніфікованому стояку; 3) вертикально на центральній колоні (рис. 3). Для цих варіантів був проведений прямий та зворотний цикли навантаження, імітувалися осьове та радіальне навантаження.

Експериментальні дослідження жорсткості елементів компоновок АВ довели, що жорсткість в осьовому напрямку в 4...6 разів більша, ніж в радіальному, що відповідає основній схемі навантаження. Використання центральної колони для розміщення вертикальних СА є більш переважним, ніж використання стояків, бо не тільки підвищує .

Експериментальні дослідження: залежності вертикальних та радіальних віджать поворотно-ділильного столу від навантаження та висоти його прикладення; взаємовпливу позицій обробки виявили, що “традиційний” поворотно-ділильний стіл у разі низьких показників жорсткості, особливо коли останні позиції залежать від навантаження на чорнових позиціях, доцільно змінити на транспортну систему без підкреслених недоліків, наприклад, системою супутників з силовим затискачем.

Геометрична точність обробки деталей на планшайбі поворотно-ділильного столу залежить від точності позиціювання. Результати аналізу довели, що похибка обробки, що пов'язана з неточністю позиціювання, тим менша, чим більше радіус розташування фіксуючого елементу. Отже, збільшення радіуса транспортування деталі, завдяки можливості використання ценроколоної компоновки, дозволяє підвищити точність обробки.

Проведені дослідження дозволили виявити ряд напрямків удосконалення компоновок АВ. Так, АВ центроколоної компоновки має перед верстатами периферійної компоновки такі переваги: дозволяє суттєво (в 2 і більше разів) підвищити рівень технологічного впливу на заготовку у межах одного технологічного циклу обробки, забезпечує, при необхідності, доступність заготовки для обробки зсередини; розташування вертикальних СА на жорсткій центральній колоні, окрім підвищення точності обробки, дозволяє забезпечити кожну позицію обробки двома силовими агрегатами (вертикальним центроколоним та горизонтальним або нахиленим периферійним), тоді як на традиційному АВ арочні стояки, що застосовуються для виконання аналогічного технологічного циклу , по своїм конструктивним особливостям можуть бути встановлені лише через позицію обробки. Вертикальні силові агрегати, що розташовані на центральній колоні ( за умовою збереження чи незначної зміни циклограми роботи верстату), доцільно об'єднати загальним механізмом подачі. З погляду зменшення площі, що займається верстатом, та металоємності можливо обмежити площу станини тою, що займає транспортна система, а горизонтальні агрегати розташувати на приставних станинах.

Системний аналіз загальної послідовності проектування АВ та практики їх створення дозволив розробити узагальнену методику синтезу АВ, яка складається з інформаційного, алгоритмічного та програмного забезпечення. Укрупнений алгоритм вибору квазиоптимального варіанту технологічної та конструкторської компоновок АВ (рис.4) включає в себе чотири модулі: "Вибір різального інструменту (РІ) та комбінованого різального інструменту (КРІ)", "Формування інструментальних наладок (ІН)", "Визначення типу силових агрегатів (СА)", "Вибір варіанту компоновки". В процесі моделювання кожен модуль має свої критерії оцінки та обмеження. Застосування сучасних інформаційних технологій дозволяє зосередити основну частину знань про процес синтезу у базі даних (з застосуванням реляційної бази даних), а процес проектування подати як інтерпретацію знань.

Аналіз параметрів різноманітних варіантів компоновки для вирішення однієї і тієї ж технологічної задачі, завдяки розробленій методиці, був проведений при розгляді базового восьмипозиційного АВ 4ХА10945 з горизонтальним розташуванням сьоми СА для обробки деталі "Корпус регулювального важілю". У результаті аналізу виявлена можливість застосування вертикальних силових агрегатів замість горизонтальних. Переважність вертикальних СА доказує доцільність застосування центроколоної компоновки верстату. Запропонований варіант верстату дозволяє зменшити кількість позицій обробки (до п'яти позицій), значно знизити металоємність верстату та площу, що він займає. При необхідності може бути підвищена продуктивність верстату. Застосування методик дозволило отримати економічний ефект у розмірі 2,5 млн. крб. в цінах 1992 року за рахунок поширення технологічних можливостей агрегатних верстатів, підвищення точності та комплексності обробки.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ.

Питання отримання квазиоптимального компоновочного рішення для агрегатних верстатів середнього розміру з точки зору конкурентоздатності продиктоване необхідністю підвищення точності обробки, жорсткості технологічної системи, розширення технологічних можливостей агрегатованого обладнання, зменшення металоємності, площі, що воно займає, та іншими вимогами, що ставляться до сучасного технологічного обладнання.

На основі аналізу структури процесу проектування агрегатних верстатів середнього розміру виявлена система зв'язків та пріоритетів при аналізі множини та виборі найкращих варіантів технологічних та конструкторських компоновок, що дозволяє підвищити основні технічні та економічні показники агрегатних верстатів, що створюються.

Математична модель компоновки агрегатних верстатів середнього розміру дозволяє оцінювати параметри комплексності обробки, рівень концентрації технологічного впливу та створювати нові верстати на більш високому технічному рівні.

Модель взаємоз'вязку геометричної точності елементів компоновочного рішення та точності обробки на агрегатних верстатах забезпечує підвищення точності за рахунок переважного застосування вертикально розташованих силових агрегатів, а враховуючи значення жорсткості основних нормалізованих вузлів та елементів доведе і доречність установлення вертикальних силових агрегатів на центральній колоні, що сприятиме розширенню застосування агрегатних верстатів у машинобудуванні.

Моделювання на основі математичної моделі компоновки агрегатних верстатів з використанням моделі взаємоз'вязку геометричної точності елементів компоновочного рішення та точності обробки на агрегатних верстатах та моделі жорсткості традиційної транспортної системи - планшайби поворотно-ділильного столу дозволяє вибрати технологічно обгрунтовані варіанти конструкторських компоновок цих верстатів.

Запропонований варіант центроколоного верстату із супутниковою системою транспортування заготовок по технологічному циклу обробки стосовно до багатопозиційних агрегатних верстатів середнього розміру дозволяє відмовитися від загальної технологічної основи у вигляді планшайби поворотно-ділильного стола, що зазнає нерівномірні динамічні впливи збоку силових агрегатів.

Впровадження методики аналізу та вибору компоновки при конструюванні багатопозіційних агрегатних верстатів і, в значнії мірі, виготуванні агрегатних верстатів дозволило отримати сумарний річний ефект 2,5 млн. крб. в цінах 1992 року.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Приходько О.Ю. Математическая модель цикловой производительности обработки на агрегатных станках // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-1998. -N17.- С.50-52.

2. Тимофеев Ю.В., Пермяков А.А., Приходько О.Ю., Систематизация компоновок агрегатних станков // Информационные технологии : наука, техника, технология, образование, здоровье. Сборник научных трудов ХГПУ Вып. 6. В четырех частях. Часть четвертая. Харьков, Харьковский государственный политехнический университет, 1998. - С.215-218.

Автором досліджено структуру та параметри технологічної компоновки агрегатних верстатів.

3. Информационная модель объекта обработки в САПР агрегатных станков / Тимофеев Ю.В., Пермяков А.А., Приходько О.Ю., Фадеев А.В./ Информационные технологии : наука, техника, технология, образование, здоровье. Сборник научных трудов ХГПУ. Вып. 6. В четырех частях. Часть четвертая. Харьков, Харьковский государственнный политехнический университет, 1998.- С.219-223.

Автором запропонований інформаційний код об'єкту обробки на агрегатному верстаті.

4. Алехин В.А., Пермяков А.А., Приходько О.Ю. Об оптимальной концентрации операций при ограниченном объеме зоны обработки в агрегатированных технологических системах. / / Вестник Харьковского государственного политехнического университета. -1998. -№27. - С.120- 124.

Автором запропонований критерій для оцінки компоновок агрегатних верстатів.

5. Алехин В.А., Пермяков А.А., Приходько О.Ю. Минимизация радиуса расположения силовых агрегатов на агрегатных станках с кольцевым транспортированием заготовки. / Вестник Харьковского государственного политехнического университета. -1998. -№27. - С.117-119.

Автором досліджується структура формування габаритного радіусу агрегатного верстату.

Размещено на Allbest.ru