Материал: Синтез и анализ компоновок металлорежущих станков (90
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
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]
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
VK [Bi (bPi lPi 2hPi ) Hi (bPi lpi )](Li lxi ) , |
||||
|
|
i 1 |
|
|
|
|
где V |
|
– объём компоновки, мм3; b , |
l |
Pi |
, h |
– координаты точки Р в |
|
K |
Pi |
|
Pi |
||
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
0 |
+Z |
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: