автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Автоматизация синтеза и оценки компоновок станков

московский государственный технологическим

университет «станкин»

на правах рукописи

ХАЛДЕИ

(АВСТРАЛИЯ)

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА И ОЦЕНКИ КОМПОНОВОК СТАНКОВ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996 г.

Работа выполнена на кафедре станков Московского Государственного Технологического Университета «СТАНКИН»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Хомяков B.C.

доктор технических наук, профессор Аверьянов О.И.

кандидат технических наук Ермолаев В.К.

МСКБ АЛ и СС

Защита состоится 20 декабря 1996 года в 14.00 часов на заседании специализированного совета К063.42.05 в Московском Государственном Технологическом Университете «СТАНКИН» по адресу: 101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., д.За

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по указанному выше адресу ученому секретарю специализированного совета К063.42.05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН»

Автореферат разослан 18 ноября 1996 года Ученый секретарь

специализированного совета К063.42.05

кандидат технических наук, доцент Поляков Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проектирование новых станков, особенно на ранней стадии, представляет собой многоэтапный процесс с итеративной 'структурой каждого этапа по типу: «синтез альтернатнвы-оценка альтернативы-принятие решения». Повторяя эти процедуры многократно, конструктор находит эффективное решение.

С усложнением конструкций станков возрастает время между моментами создания альтернативы и получения ее оценки. Выход состоит в широкой автоматизации этого процесса с применением графического синтеза и математического моделирования.

Основные предпосылки качества станков закладываются на ранней стадии проектирования при определении их компоновочных решений. Компоновка станка является отражением его структуры. Задачи же структурного синтеза относятся к задачам проектирования, наиболее сложным с точки зрения возможностей формализации. Трудности формализации и в то же время успешное решение этих задач человеком на основе своих эвристических способностей заставляют искать решение проблемы в рациональном использовании режима активного диалога конструктора с ЭВМ, где все принципиальные решения принимает конструктор, а формирование модели, определение ее параметров и все .трудоемкие вычислительные процедуры выполняются машиной в заданной последовательности автоматически. Предлагаемый подход представляется весьма актуальным для автоматизации решения таких задач как проектирование компоновок станков.

Цель работы. Разработка автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок станков, обеспечивающей при проектировании эффективную возможность создания и просмотра большого количества

альтернативных проектных решений компоновок, проведение их экспресс-анализа и оперативной коррекции.

В качестве примеров применения автоматизированной системы в работе рассмотрены различные аспекты разработки компоновок нескольких ■многоцелевых станков - сверлильно-фрезерно-расточных и токарных.

Методы исследования. В работе использованы основные положения теории компоновок металлорежущих станков, разработанной Ю.Д.Враговым. Результаты работы получены на основе положений методологии проектирования станков, общей теории систем, теории упругости, численных методов(в частности, метода конечных элементов), аналитической геометрии и вычислительных методов, применяемых при обработке геометрических данных. Работа также опирается на понятия, принципы и модели построения САПР технических систем.

Научная новизна работы заключается в: и установлении и формализации связей между принятым кодовым описанием компоновки, компоновочными параметрами проектируемого станка и его геометрическим 3-мерным представлением на экране дисплея;

о выявлении и использовании закономерностей, лежащих в основе автоматического построения математической модели компоновки как упругой системы и определения ее параметров.

Практическая ценность работы состоит в: в разработке программно-методического обеспечения автоматизированной системы графического синтеза и оценки компоновок станков, реализованного в ОС Microsoft Windows 95;

в создании действующего макета автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок станков на базе персонального компьютера;

в использовании системы для синтеза и оценки нескольких многоцелевых станков - сверлильно-фрезерно-расточных и токарных.

Рсализаипп работы. Разработанная автоматизированная система используется в учебном процессе на кафедре станков МГТУ «СТАНКИН» при подготовке инженеров, специализирующихся в области станкостроения.

Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты •диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-м Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика» в Москве (22-24 мая 1996 г.), на научно-технической конференции в Перми ( 1996 г.); результаты работы полностью доложены и одобрены на заседании кафедры станков МГТУ «СТАНКИН».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Работа изложена на 127 страницах, состоит из введения, четырех глав и основных результатов и приложения; она содержит 3 5 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 81 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, указаны основная проблема, решаемая в ней, а также несколько необычные условия, в которых она выполнялась, учитывая постоянное место жительства автора.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы и сформулированы задачи исследования. Основные предпосылки качества .станка закладываются на ранней стадии проектирования при определении его компоновки. Компоновка оказывает существенное влияние практически на все технико-экономические показатели станка. На необходимость учета влияния компоновки на основные показатели качества станка указывалось в работах Аверьянова О.И., Воронова А.Л., Врагова Ю.Д., Каминской В.В., Левиной З.М. и Евстигнеева В.Н., Портмана В.Т. и Решетова Д.Н., Хомякова В.С. и Давыдова И.И., Сино X. и Ито И., Шпура Г. и КраузеФ.-Л. и др., которые внесли значительный вклад в науку о компоновках.Большинство

авторов отмечают, что главным объектом влияния компоновки является точность станка, которая зависит от компоновки через расположение и пропорции направляющих, величину и характер изменения относительных деформаций от всех силовых факторов, через жесткость несущей системы станка,

Ю.Д.Врагов считал, что на ранней стадии проектирования обязательно должны быть выделены и проанализированы чисто компоновочные факторы качества, которые должны быть, по-возможности, отделены от факторов, относящихся к конструкции узлов. Характеристиками компоновки, влияющими на качество станка , являются структура, пространственное расположение элементов компоновки(ЭК) и компоновочные параметры, к которым, в основном, относятся габаритные размеры узлов.

Сокращение сроков и снижение трудоемкости проектирования компоновок новых станков при одновременном повышении качества .проектирования всегда было и остается актуальной проблемой. Работы по созданшо САПР компоновок относятся, в основном, к станкам модульной конструкции. Здесь наиболее известны исследования, выполненные О.И.Аверьяновым или под его руководством. Среди работ по автоматизации проектирования компоновок в общем случае следует отметить исследования, выполненные под руководством В.С.Хомякова в МГГУ «СТАНКИН».

Автоматизация процесса синтеза компоновки стала возможной только после создания систем формализованного их описания. Поэтому значительное количество исследований посвящено этой проблеме. Системы кодирования, предложенные разными авторами, позволяют описывать компоновки с различной степенью конкретизации. Однако лишь предложенный М.Ю.Лехмусом и В.С.Хомяковым семизначный код представляется достаточно полным и вместе с тем весьма компактным. Отражая число, вид и последовательность координатных движений подвижных блоков, он также содержит подробную информацию о стыках.

Поэтому именно он был положен в основу создания подсистемы графического синтеза в данной работе.

Еще одной важной проблемой при проектировании компоновки является ее оценка. Все признают, что точность является здесь важнейшим показателем. Однако оценку точности предлагают проводить по-разному.

Анализ содержания известных работ позволил установить недостаточность проработки ряда вопросов, связанных с проектированием •компоновок металлообрабатывающих станков. В первую очередь, это отсутствие действующей специализированной системы автоматизированного проектирования компоновки, позволяющей проводить не только ее графический синтез, но и давать обоснованную оценку альтернативных вариантов.

Исходя из этого была сформулирована цель работы: разработка автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок станков, обеспечивающей эффективную возможность создания и просмотра большого количества альтернативных проектных решений компоновок,

проведение их экспресс-анализа и оперативной коррекции. Для этого

1

необходимо было решить следующие задачи:

1.Предложить й обосновать общую концепцию и структуру автоматизированной системы(АС) проектирования компоновок станков;

2.Выявить и формализовать связи между заданными компоновочными параметрами проектируемого станка и его геометрическим 3-мерным представлением на экране дисплея;

3.Создать подсистему графического синтеза как совокупность нескольких взаимодействующих модулей: пользовательского интерфейса, построения модели, базы данных, подготовки расчетных данных, вызова Open GL);

4.Разработать структуру подсистемы оценки компоновки по критериям точности, стабильности точности и веса подвижных элементов;

5.Формализовать процедуру разработки расчетной схемы компоновки и определение ее параметров по результатам графического синтеза;

6.Автоматизировать формирование математической модели компоновки и определение основных показателей ее качества;

7.Разработать программно-методическое обеспечение для АС;

8.Создать компьютерный макет АС синтеза и оценки компоновок станков;

9.Произвести с помощью АС синтез и оценку ряда многоцелевых станков.

Вторая глава посвящена разработке подсистемы графического синтеза.

Значительного улучшения сервиса при автоматизированном конструировании компоновки станка можно достигнуть за счет представления информации в графическом виде. Особенно, если речь идет о концептуальном и вариантном конструировании. И в первом , и во втором случаях изображение компоновки на экране дисплея делает процесс синтеза наглядным и значительно облегчает поиск лучшего варианта. Причем в данном случае имеется в виду не пассивное отображение в графическом виде результатов расчета, а активная работа с изображением - создание и преобразование его в соответствии с командами пользователя, вводимыми в режиме диалога с ЭВМ.

Для использования в максимальной степени эвристических возможностей человека был сделан упор на создание достаточно развитого и удобного интерфейса, позволяющего конструктору воплощать в графическом образе на экране дисплея свое представление о структуре и параметрах создаваемой компоновки. В данной работе графический синтез был первичным. Ему не предшествовал структурный синтез, как, например, в известных работах. Был реализован другой подход к синтезу компоновки, являющийся более естественным для конструктора. Проблемы, которые возникали раньше из-за возможности при таком подходе пропустить какой-нибудь экзотический эффективный вариант, остаются, но они практически сводятся к минимуму экспресс-оценкой характеристик любой

синтезированной компоновки, получаемой практически одновременно с завершением отрисовки.

На рис.1 показана общая схема алгоритма работы подсистемы графического синтеза. Как видно, была принята строгая иерархия п передаче и обработке информационных потоков при построении компоновки: во-первых, компоновка строилась по ветвям и

во-вторых, от рабочего пространства к станине или основанию станка.

Рис.1

Удобство такого порядка в отсутствии необходимости сложной состыковки ветвей в рабочей зоне компоновки.

Для формализованного описания элементов компоновки(ЭК) в работе был использован специальный код, имеющий вид 7-разрядного кортежа, каждый элемент которого отражает значение одного из параметров данного ЭК. Совокупность кортежей представляла формализованное описание компоновки.

Если в известных работах (например, М.Ю.Лехмуса, З.Ф.Исхакова) ввод условий синтеза компоновки в кодированном виде вызывает затруднения у неподготовленных лиц, то в данной работе при графическом синтезе, конструктор не имеет дело с кодированием - он лишь отвечает на вопросы, которые ставит перед ним ЭВМ. Например, выбирает с помощью мыши (курсора) ось направления движения, ось нормали к плоскости стыка со следующим элементом и т.п. После завершения ввода конструктором своих представлений о компоновке система осуществляет расчет координат вершин элементов, расчет видимости граней и видимости ветвей и, наконец, расчет координат общего основания.

Основными геометрическими объектами, с которыми приходится иметь дело при графическом синтезе компоновки несущей системы, являются аналоги элементов последней. Это - станины и основания станков, корпусные детали и соединения между ними. Как показали исследования японских ученых Сино X. и Ито И., проводивших систематизацию элементов несущих систем по признаку общей внешней конфигурации и форме сечения, более 95% всех элементов несущих систем различных станков имеют прямоугольную и круглую форму сечения. Поэтому основными элементами компоновки в данной работе приняты параллелепипед и цилиндр. Допускалось также, что параллелепипедом можно в общем случае аппроксимировать рабочее пространство любого станка.

9 :

При создании интерфейса подсистемы графического синтеза приходилось оперировать с математическими моделями этих объектов. Построение компоновки всегда начиналось с построения рабочего пространства станка. Начало глобальной системы координат, расположенное в его центре, считалось опорной точкой компоновки, не изменяющей своего положения при любых геометрических преобразованиях компоновки.

Стыкуя ЭК друг с другом в соответствии с их кодовым описанием учитывая при этом их габаритные размеры, заданные конструктором, подсистема осуществляет построение ветвей от выбранной грани рабочего пространства до основания. Изображение станины при этом принимается достаточно условным и получается как результат состыковки ветвей компоновки.

В подсистеме графического синтеза была предусмотрена возможность изменения соотношения габаритных размеров ЭК в диалоге ( по сравнению! с указанными в базе данных для данного типа); при этом к опорной точке предыдущего ЭК пристраивается, по существу, элемент того же типа, но с другими размерами, т.е. меняются координаты его вершин. Математически это было реализовано в подсистеме с помощью специальных матриц положения. Было предусмотрено два типа изменений ЭК - изменение кх размеров и изменение формы, допустим, поворот одной из граней параллелепипеда вокруг любого заданного ребра(ребро и угол поворота указываются конструктором в диалоге).

Архитектура подсистемы графического синтеза (рис.2) создавалась исходя из требований легкости использования, модифицируемости, использования стандартных совместимых программных модулей и потенциальной расширяемости. Подсистема решает в данной работе ■следующие задачи:

Рис.2

•1)осуш,ествляет интерактивную работу с пользователем посредством экранных форм и рисунков; 2)проводит отрисовку трехмерных моделей компоновок; 3)хранит введенные и рассчитываемые данные; 4)готовит данные для присоединяемых расчетных модулей.

Все постоянные и временные рассчитываемые параметры копоновки составляют модель компоновки, поддерживаемую подсистемой. Работа пользователя с подсистемой приводит к изменению этой модели, а также информации в базе данных компоновок. Отрисовка 3-мерного изображения компоновки производится по данным модели, по этим же данным происходит подготовка данных для расчетных модулей.

Подсистема реализована в среде Microsoft Windows 95 / Microsoft Windows NT. Выбор операционной системы диктовался тем, что она должна иметь реализацию OpenGL. В качестве средств реализации были приняты следующие решения: 1)модуль интерфейса, модуль подготовки расчетных данных, а также часть модуля построения модели реализованы в среде разработки Visual Basic 4; 2)модуль базы данных был создан и может редактироваться в Microsoft Access 7.0 и выше или с помощью data manager-a в среде Visual Basic 4; 3)часть модуля построения модели реализована на С++ с использованием принципов объектно-ориентированного дизайна.

Взаимодействие модулей происходит с помощью механизмов OLE 2.

Третья глава посвящена разработке подсистемы оценки компоновки!. Целью оценки созданного с помощью подсистемы графического синтеза варианта компоновки является оперативное получение информации о наиболее важных показателях его качества для сопоставления | с

I

требованиями технического задания и показателями других вариантов. В

процессе такого сопоставления производится сравнительный анализ

вариантов, определяется влияние компоновочных факторов на показатели

качества. По существу, идет экспресс-проверка гипотез, выдвигаемых

конструктором на эвристическом уровне. '

Так как оценка компоновки производится как сравнительная при

минимальной детализации конструкции, основное внимание должно быть

уделено компоновочным факторам. Конструкцию некоторых элементов( на!

пример, направляющих ) при сравнительном анализе качества компоновки следует учитывать лишь в минимальной степени и в сравниваемых вариантах она должна быть одинаковой. |

Точность была принята в качестве главного показателя качества компоновки. Точность оценивалась по величинам координатных составляющих смещения инструмента относительно обрабатываемой детали, возникающих: а) при нагружении компоновки как упругой системы силой резания и б) при переносе погрешностей положения ЭК в точку обработки (только от геометрических погрешностей подвижных стыков). Для более объективной оценки точность оценивалась не только в центре, но и в крайних точках рабочего пространства (РП) по всем координатным осям.

На ранней стадии проектирования погрешности положения ЭЮ -неизвестны. Однако, так как они относятся к некомпоновочным факторам, при оценке точности и выборе компоновки можно допустить, что они постоянны и одинаковы для всех элементов всех сравниваемых компоновок. Это позволяет более отчетливо выявить влияние компоновочных факторов (

в частности, вылетов) на точность станка. Так как компоновочные факторы у сравниваемых компоновок различны, влияние геометрических погрешностей элементов компоновки на ее точность тоже будет различным.

Для оценки перепадов значений показателей точности на краях рабочего пространства (так называемой нестабильности точности) были

Файл исходных данных, создаваемый подсистемой графического синтеза

Идентификация оси нормали к обрабатываемой поверхности(так называемой «главной оси» ГСЬ)

Автоматическое формирование структуры расчетной схемы упругой системы компоновки (матрицы соединений " 1 элементов)

р— Автоматическое определение параметров расчетной схемы

Да

Коррекция массива координат точек в центре рабочего пространства компоновки

- Формирование массива координат точек для исследования компоновки в рабочем пространстве(РП)

- Автоматическое формирование математической модели упругой системы компоновки и определение ее показателей в центре РП

4— Выделение из массива координат точек информации для расчета компоновки на одном из краев РП

<— Автоматическое формирование моделей системы и определение показателей компоновки на краях РП

<— Все края данной координаты исследованы ?

^— Все координаты РП исследованы ?

Выдача результатов оценки показателей качества рассматриваемого варианта компоновки

Рис.3

использованы коэффициенты вариации V показателей по каждой из осей координат.

Основной особенностью подсистемы оценки является полностью автоматические - построение расчетной схемы упругой системы компоновки, определение ее параметров и формирование математической модели.

На рис.3 показана схема алгоритма работы подсистемы расчетной оценки компоновки.

При своей работе в диалоге с конструктором подсистема графического синтеза создает файл исходных данных для подсистемы оценки. Он содержит информацию о размерах рабочего пространства компоновки, величине составляющих силы резания, а также представление конструктора о компоновке, записанное в специальной форме самой ЭВМ. Анализируя введенную информацию, подсистема оценки сама формирует некоторый эквивалент расчетной схемы упругой системы компоновки, необходимый для построения ее математической модели и автоматически определяет ее параметры (кроме условий нагружения). В число параметров для оценки ее статических характеристик входят: 1)координаты различных точек расчетной схемы в глобальной системе координат(узловых точек, центров стыков и точки резания); 2)веса подвижных элементов(массивов); 3)линейные и угловые жесткости подвижных стыков(пружин); 4)внешние силовые нагрузки(составляющие силы резания).

При автоматическом определении жесткостей подвижных стыков предварительно проводилась их привязка к осям глобальной системы координат. Были приняты некоторые допущения, касающиеся форм и размеров направляющих, значений коэффициентов контактной податливости •их граней, а также осевой жесткости механизмов привода подвижных блоков.

При формировании массивов данных для исследования компоновки в центре и на краях РП автоматически решалась логическая задача определения

ЭК, которые перемещаясь в РП, «везут» на себе другие ЭК, расположенные ближе к зоне обработки.

Для автоматического построения матрицы жесткости системы был использован прямой метод в цикле по упругим элементам с предварительным формированием матриц упругих элементов и матриц переноса. Составляющие силы резания приложены к точке резания, которая может перемещаться в РП. Весовая нагрузка учитывалась в зависимости от поставленной задачи.

Практически работа подсистемы оценки варианта компоновки полностью автоматизирована. Сразу же после отрисовки компоновки, без каких-либо действий со стороны конструктора происходит выдача результатов оценки. Это значительно облегчает сравнительный анализ вариантов и повышает его эффективность.

В четвертой главе обсуждаются методические вопросы работы с автоматизированной системой синтеза компоновок и рассматривается ее •использование применительно к нескольким многоцелевым станкам.

Создание новой компоновки начинается с ввода размеров рабочего пространства(РП) станка в окне «Данные компоновки». Глядя на эскиз РП, пользователь должен указать номера тех его граней, где он хотел бы начать ветви компоновки. Введя затем последовательно команды «Список элементов», «Создать» и задав название элемента, он попадает в окно «Элемент компоновки», где, отвечая на вопросы, реализует свои представления о форме, размерах и расположении элемента. Ответы автоматически преобразуются программой в код компоновки. Наряду с ЭК, имеющими форму параллелепипеда, предусмотрен ввод цилиндрических элементов.

При необходимости наклона какой-либо грани синтезируемого элемента, пользователь переходит в окно «Параметры поворота», где вводит номер наклоняемой грани, ось и угол поворота. Завершив работу с ЭК, можно

перейти в окно «Ветви компоновки», где, выделяя курсором только что созданные ЭК из общего списка, сформировать из них ветви компоновки.

После завершения подготовительной работы командой «Отрисовать» получают на экране 3-мерное изображение синтезированной компоновки (рис.4). Его можно приближать или удалять, поворачивать вокруг горизонтально или вертикальной осей на заданный угол. Изображение поддается также любой параметрической корректировке.

Как только полученное изображение будет соответствовать всем представлениям конструктора, он кнопкой «Расчет» задействует подсистему •оценки. Она попросит ввести составляющие силы резания, затем автоматически сформирует расчетную схему упругой системы компоновки, определит ее параметры и почти одновременно с нажатием кнопки «Произвести расчет» выдаст результаты расчетной оценки компоновки (рис.5).

Чтобы показать возможности системы, в главе рассмотрено несколько примеров синтеза и оценки компоновок с анализом результатов.

1 .Была синтезирована компоновка сверлильно-фрезерно-расточного станка с горизонтальным шпинделем, продольно-подвижным столом и поперечно-подвижной стойкой. После ее графического синтеза была задана сила резания и проведен оценочный расчет. В результате расчета оказалось возможным установить, что: а)при растачивании отверстий на таком станке можно ожидать значительных отклонений от круглости; б)наиболыиая нестабильность упругих относительных перемещений наблюдается по оси У при перемещении ЭК по оси Ъ\ в)коэффициенты вариации «геометрической погрешности» в РП компоновки наибольшие значения имеют по осям X и У; г)была определена жесткость упругой системы компоновки.

ш^ак-вяз«" йсжгощь *

.г&ссгаяки* "QifjTo

'■.УГОЛ-% вокруг

тятю*,

D.•,■>.•• Vf-ол жвзюрс •округ

Рис.4

ÍSflewipaijSr«»шЯ » «

валкий щ pflr^

- Г!«<ки£М ai 123.5 M 34.8 .38 410

s -i

Vii -i. У Л'." i

Рис.5

Если учесть, что эти результаты были получены в течение нескольких минут(вместе с графическим синтезом), нельзя не признать высокой эффективности процесса проектирования компоновки с помощью ■автоматизированной системы. Просмотр и анализ результатов позволяет конструктору внести изменения в компоновочные параметры при графическом синтезе и тут же получить оценку скорректированного варианта.

Помочь определить слабые места компоновки могут также дополнительные результаты оценки, которые включают абсолютные перемещения и повороты в пространстве всех подвижных блоков компоновки, дающие представление о деформированном состоянии компоновки как упругой системы. В частности, для варианта компоновки, который был рассмотрен выше, анализ дополнительных результатов позволил установить, что: а)слабым звеном рассматриваемой компоновки является подвижный стык «бабка-стойка»; б) причиной относительно больших перемещений бабки и стойки по оси У, повидимому, является недостаточная осевая жесткость привода перемещения стойки; в) уменьшить относительные деформации инструмента и заготовки можно, например, изменив габаритные размеры стыков «бабка-стойка» и «стойка-станина» и некоторые вылеты ЭК.

После внесения соответствующих изменений в компоновку(парамет-рической корректировки) удалось уменьшить суммарные относительные перемещения инструмента и заготовки с 24,0 до 13,5 мкм при той же нагрузке.

2.Показано использование системы при сравнительном анализе пяти компоновок многоцелевых станков(т1 - станок с крестовым столом и неподвижной стойкой; тЗ станок, рассмотренный в п.1). Сравнение проводилось при одинаковых размерах РП и одинаковых условиях нагружения (компоновки и результаты их оценки приведены в приложении к диссертации). Диаграммы наглядно отражают основные показатели компоновок

Относительные деформации (ОД) инструмента и заготовки в центре рабочего пространства, мкм

Вар.ml Вар.ш2 Вар.тЗ Вар.пМ

Варианты компоновки

Bap.mS

Ш Сумм. И по осиХ □по оси У □ ПО ochZ

После описанных в п.1 изменений показатели компоновки тЗ стали лучше, что хорошо видно из сравнения двух диаграмм:

Относительные деформации (ОД) инструмента и заготовки после изменения варианта шЗ, мкм

Вар.ml Bap.m2 Вар.тЗ Вар.т4

Варианты компоновки

После доводки компоновки тЗ уже трудно отдать предпочтение варианту ml, так как показатели варианта гаЗ практически сравнялись с ним.

З.Были также рассмотрены возможности системы, связанные с синтезом компоновок, имеющих наклонные грани элементов, или расположенных под углом к осям глобальной системы координат. Для этого были использованы схемы разных компоновок несущих систем токарных станков с неподвижной передней бабкой. Все варианты имели одинаковые размеры рабочего поля 750 х 100 мм. Параметры ЭК были близки к парамет-рам деталей несущей системы станков моделей 16К20, 1720ПФ30, 1716ПФЗ, имеющих разную компоновку и конструктивное оформление элементов.

Так как наибольший интерес представлял сравнительный анализ выходных характеристик суппортной группы станков, синтез проводился только для этой части компоновки. Изображение представляло собой поперечное сечение рабочей зоны станка.

Система допускает расширение своей базы элементов, которая содержит в настоящее время только параллелепипеды и цилиндры. После включения в базу дополнительных элементов - например, порталов, консолей и др. возможности системы могут быть расширены.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

По итогам проведенных исследований можно констатировать, что поставленная научная цель - разработка автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок станков, обеспечивающей при проектировании эффективную возможность создания и просмотра большого количества альтернативных проектных решений компоновок, проведение их экспресс-анализа и оперативной коррекции - достигнута и получены следующие результаты:

• 1.В отличие от существующих подходов к автоматизации проектирования компоновок, требующих при структурном синтезе предварительного ввода всех ограничений на синтез в кодированном виде и лишь затем осуществляющих автоматический перебор вариантов с выдачей допустимого их списка (опять в кодированном виде), в данной работе принята концепция первичности графического синтеза, когда развитый интерфейс позволяет конструктору естественным для него способом воплощать на экране дисплея свои представления о компоновке, не думая о вводе и кодировании ограничений.

2.В основу построения автоматизированной системы положен модульный принцип. На верхнем уровне она реализована в виде двух относительно независимых подсистем - 1 Графического синтеза и 2)оценки качества

компоновки, каждая из которых представляет совокупность .взаимодействующих модулей. Это, в частности, обеспечивает ее высокую модернизационную способность.

3.Система позволяет значительно повысить эффективность процедуры разработки компоновки станков и качество проектирования за счет возможности просмотра большого количества альтернативных (по структуре и параметрам) вариантов компоновки, автоматической экспресс-оценки их основных показателей в центре и на краях рабочего пространства и последующей корректировки этих вариантов при необходимости.

4.Разработка системы доказала достаточность семизначного структурного кода для описания не только числа, вида и последовательности осуществляемых компоновкой движений, но и расположения подвижных стыков, их типа и формы элементов компоновки.

5.При разработке подсистемы графического синтеза были выявлены и формализованы связи между кодовым описанием компоновки, компоновочными факторами проектируемого станка и его геометрическим 3-мерным представлением на экране дисплея.

6. В подсистеме графического синтеза реализован подход к трансформациям элементов компоновки с использованием матриц положения. Работа подтвердила плодотворность использования этого подхода для изменения размеров и формы (наклоны граней) элементов.

7.Основной особенностью подсистемы оценки является полностью автоматические - построение расчетной схемы упругой системы компоновки, определение ее параметров и формирование математической модели. Для этого в алгоритме работы подсистемы предусмотрена специальная логика, построенная на основе кода компоновки, формируемого при графическом синтезе.

• 8.Использование для оценки точности компоновки таких показателей как относительные перемещения инструмента и заготовки ( при нагружении

компоновки силой резания и при переносе погрешностей положения элементов в точку обработки) подтвердило достаточную их чувствительность при сравнении вариантов. Для более объективной оценки точность оценивалась не только в центре, но и в крайних точках рабочего пространства по всем координатным осям .

9.Создан компьютерный макет автоматизированной системы с соответствующим программно-методическим обеспечением. Система реализована в среде Microsoft Windows 95, которая позволяет работать с Open GL. Отдельные ее модули используют Visual Basic 4 (интерфейс), Microsoft Access 7,0 (база данных), С1-1' (часть модуля построения модели) с использованием принципов объектно-ориентированного дизайна.

Ю.Использование автоматизированной системы для синтеза и оценки ряда многоцелевых(сверлильно-фрезерно-расточных и токарных) станков подтвердило ее работоспособность, удобство и эффективность при создании компоновки на ранней стадии проектирования.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1.Портман В.Т., Генин Д.В., Халдей М.Б. Исследование точности положения подвижных узлов на направляющих. СТИН, 1993, №2, с.5-9.

2.Хомяков B.C., Халдей М.Б. Информационная система синтеза компоновок станков. - В кн.: Конструкторско-технологическая информатика: Труды 3-го Международного конгресса, Москва, 1996, с. 150-151.

3.Хомяков B.C., Халдей М.Б. Автоматизация проектирования компоновок станков. Тезисы научно-технической конференции, Пермь, 1996.