автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Автоматизированный синтез компоновок металлорежущих станков

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СТАН КО ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 621.9.06:681.3(043.3) ЛЕХМУС Михаил Юрьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ КОМПОНОВОК МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1892

7 7

У

Работа выполнена ь Московском ордена Трудового Красного Знамени станкоинсгрументальном институте.

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор ХОМЯКОВ В. С. Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор АВЕРЬЯНОВ О. И.

Ведущее предприятие: АП «Московский станкостроительный завод».

в___________ „„седании специализированного Совета

К 063.42.05 в Московском станкоинструментальном институте по адресу: 101472, ГСП, Москва К-55, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского станкоинструментального института.

кандидат технических наук

ДЮНДИН С. И.

состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь сп . ализированного Совета кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА' РАБОТЫ

Аютуальность темы : Данная работа посвящена исследованию компоновок металлорежущих станков (МС), их автоматизированному синтезу от исходных Параметров детали (входные параметры) до готовой компоновки , представленной в виде эскиза и таблиц основных пространственных и технико-экономических показателей (выходные параметры).

Компоновка металлорежущего станка является не только его архитектурным оформлением , но таю© несет очень важную технико-экономическую роль. От компоновки станка во многом зависят его точность , жесткость, металлоемкость , удобство обслуживания , удобство встраивания в ГГО и технологические линии , производительность и стоимость . Следовательно компоновка станка является его важным параметром , который заслуживает повышенного внимания при проектировании^

При проектировании компоновки металлорежущего станка конструктор чаще всего рассматривает лишь некоторые ее варианты , отсекая , не оценив , остальные , что чревато выбором не лучшего варианта. Проанализировать все варианты компоновок возможно лишь при реализации автоматизированного синтеза компоновок металлорежущих станков. ■

Цель работы . Повышение производительности и эффективности процесса проектирования компоновок металлорежущих станков .

Для достижения поставленной цели решаются задачи формализованного описания комлоновок и условий отбора , синтеза и анализа компоновок металлорежущих станков .

Обшая методика исследований . В работе используются основные полол®ния компонетики Ю. Д. Врагова , а также матричный метод, теория графов, алгебра логики, геометрические методы расчета, комбинаторика и методы оценки статической жесткости на ранней стадии проектирования.

- г -

Научная новизна :Созданы методологические основы синтеза компоновок (леталлореиущих станков , включающие : -систему формализованного описания компоновок МО на основе семизначного кода, отражающего пространственное положение и типы элементов компоновки;

-систему формализованного описания условий отбора компоновок Ш, на основе четырех групп правил отбора ; -систему двухэтапного структурного синтеза, основанную на ре -шении переборной задачи с отсевом по вводимым ограничениям; -систему пространственного синтеза компоновок МС , создающую геометрическую модель синтезируемой компоновки;

Практическая ценность . Разработана система автоматизированного синтеза компоновок МС , позволяющая повысить качество и снизить сроки проектных работ .

Реализация работы .Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе Мосстанкина и Уфимского авиационного института .

Апробация работы . Результаты диссертационной работы полностью доложены, обсуждены и получили положительную оценку на заседании кафэдры "КС и СК" Московского станкоинструментально-го института . Отдельные результаты исследований докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях : " Проблемы повышения производительности и качества продукции в условиях автомэтиа&ции машиностроительного производства " в 1986г. в Рыбинске ;" Гибкие производственные системы в машиностроении " в 1987г. в Кургане ; " Програмно-методические и програмно-технические комплексы САПР и АСГПП " в 1988г. в Ижевске ; " Теория и практика разработки и внедрения средств автоматизации v роботизации технологических и производственных процессов " в 1989г. в УФ>= ; "Конструкторско-технологическая иннформатика , автоматизированное создание машин и технологий " в 1989г. е Москве : " Методы и средства повышения эффективности машиностроительного производства " в 1990г. во Фрунзе.

Публикации . По теме диссертации опубликовано 8 работ.

- 4 -

на проектирование компоновки ЬЮ .

Краткая запись формализованного описания компоновки должна раскрыть ее структуру и пространственное расположение зе узлов . Этим требованиям удовлетворяет обозначение компоновки с помошью структурных формул , отвечающих стандартам ИСО . Среди множества систем.кодирования компоновок , лишь немногие могут служить основой для создания языка автоматизированного проектирования компоновок (работы В. С. Хомякова , И. И. Давыдова ) . Все системы кодирования используют обозначение координат и координатных перемещений по ГОСТ 23597 - 79 .

Задача структурного синтеза решается двумя способами. Во-первых , как аадача простого перебора подвижных и стационарного блоков в координатном коде компоновки . При этом отсев осуществляется наложением матрицы отбора( работы Ю. Д. Врагова , КС. Хомякова и И. И. Давыдова) . Во-вторых , путем образования из базовой структуры компоновки , с применением законов алгебры логики , множества ей подобных (работа а Т. Портмана ). При этом способе не требуется матриц отбора , но есть вероятность неучтенносги некоторых компоновок . Синтез структурных формул при таком подходе затруднен из-за смешанного буквенно-цифрового кода , учета знаков направлений перемещений и возможности разветвления структурной формулы компоновки ( учета магазина инструментов или спутников с заготовками ) . Кодовая запись системы отбора компоновок , также , не удовлетворяет возможности автоматизации синтеза .

Наиболее полная система формализованного описания и синтеза (работа В.С. Хомякова и НИ. Давыдова ) создана на основе теории Ю. Д. Врагова . При' формализованном описании компоновки МО обычно используется трехсегментный код : код несущей системы станка , обеспечивающей процесс формообразования ( ИЗКОИ ),,код устройства хранения и смены инструмента (ТКСЮ) ; код устройства смены заготовок.( ОКСО ) . Код компоновки является буквенно-цифровым . Основное внимание уделено разработке кода нбсущей системы . Формалибованное описание компоновки МС имеет разную степень уточнения . Полнота кода зависит от этапа синтеза компоновки МС . Каждому этапу синтеза соответствует свой код : структурному - координатный , пространственному -блочный , параметрическому - конструктивный . Формула кодового описания записывается от блока несущего инструмент к блоку

- 3 - •

Объем работа . Работа состоит из введения , четырех глав и основных выводов, изложенных на страницах , содержит рисунков , таблиц и список литературы из наименований.

ОСНОВГОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

В первой глава.проведен анализ состояния воппоса и сформулированы задачи исследования '.

Ю. Я. Врагов впервые выделил компоновку в качестве самостоятельного объекта изучения и разработал ос-новные положения компонетики . Он отмечал существенное влияние компоновки на основные технико-экономические показатели МЗ .

Из теории компонетики можно сделать два основополагающих вывода :

- Компоновка является самостоятельным объектом изучения , переносящим свои свойства на все основные техника-экономические показатели станка .

- Качество компоновки зависит от правильности выбора на этапе эскизного проектирования .

Наибольшее развитие получили системы проектирования агре-гатированных станков (работы О. И. Аверьянова , А. Л. Воронова и Я М. Гельштейна ) . Это связано с тем , что агрегатированные станки состоят из-строго ограниченного числа узлов , имеющих строгую конфигурацию . При автоматизированном проектировании их компоновок достаточно произвести перебор унифицированных узлог в пространстве и выбрать определенный типоразмер .

Зоздание нового оборудования связано .зачастую , с созданием таких компоновок МС , которые не могут быть произведены из имеющегося набора унифицированных узлов . В этом случае , компоновка сначала должна пройти всю цепочку проектных работ, и лишь затем узлы, ее составляющий могут быть занесены в банк унифицированных узлов .

Создание САПР компоновок невозможно без их формализованного описания . " В связи с растущим многообразием компоновок МС возникла необходимость в кратких записях , которые могут служить языком и инструментом исследования " ШД. Врагов). В структуре САПР компоновок можно вы делить два обьекта для формализованного описания : во-первых , собственно компоновка МС и , Ео-вторых , формализованное описание технического гадания

- 5 - -

несущему деталь , через стационарный блок . Блочный и конструктивный коды имеют сложную структуру , отдельные блоки разделяются символом "/" . В состав кода подвижного блока входят : тип элемента компоновки (тип корпусной детали или тела вращения ) ; положение частной системы координат; величина возможного перемещения ( для прямолинейного движения ) .

Синтез структурных кодов компоновок осуществляется простым перебором с отсевом по основным и дополнительным требованиям . Требования соответствуют критериям оценки альтернативных вариантов и могут соединяться на основе конъюнкции или дизъюнкции. Параметрический синтез осуществляется в режиме диалога с конструктором .

Вопросу прос^анственного синтеза компоновок МС уделено в литературе недостаточное внимание , хотя этот этап проектирования компоновок является основным для выбора одного из вариантов решения . Пространственный синтез определяет габариты элементов компоновок (ЭК) , привязку компоновки к определенной системе координат , привязку ЭК друг к другу и к стацтонарному блоку .

Работа X Сино и И. Кто дает представление о возможном использовании в процессе пространственного синтеза ЭК различ- . ной конфигурации . Все ЭК разделены на шесть видов : три вида корпусных деталей-( призма .балка, плита )и три вида тел вращения- . Причем выбор ЭК осуществляется по отнооению геометрических размеров (. 1/1т - для корпусных деталей , г/И - для тел вращения ) . Критерием выбора ЭК того или иного вида служит это отношение .

В работе ¡0. Д. Врагова определена методика расчета рабочего Поля компоновки , которое может служить входным параметром пространственного синтеза . Рабочее поле компоновки определяется как пересечение поля детали и поля инструмента . Определено также рабочее пространство (РШ компоновки . РП мокет быть двух форм : параллелепипед или цилиндр . Для пространственного синтеза компоновок МС .цилиндрическая форма РП преобразуется в охватывающий параллелепипед .

Большинство работ по компонетике не дают методики пространственного синтеза . Отсутствие геометрической модели компоновки затрудняет ее аншшз , исключает геометрические параметры ( габнритнне размеры , площади стыков , углы наклона стыков

- 6 -

и г. д. ) из критериев синтеза .

Анализ результатов работ показал ,что для улучшения ка--' чества проектирования металлорежущих станков необходимо решить следующие задачи :

1. Разработать систему формализованного описания компоновок Ш . ' •

2. Разработать систему правил для целенаправленного отбора компоновок УС по критериям синтеза . ■

3. Разработать методическое и программное обеспечение структурного синтеза компоновок Ш .

4. Разработать методическое и программное обеспечение пространственного синтеза компоновок Ш .

5. Произвести сравнительный анализ компоновок по параметру статической жесткости .

Вторая глава посвящэна разработке основ структурного синтеза .

Аппаратом решения поставленной задачи служат следующие методы : матричный метод , . теория графов , алгебра логики , геометрические методы расчета пространствеиных обьектов , комбинаторика и методы анализа компоновок Ш по критерию статической жесткости на ранней стадии проектирования •.

Обьектом исследования является компоновка Ш . Дадим ряд определений , которые помогут в дальнейшем .

Элемент компоновки (ЭК) - одна или несколько деталей станка , участвующих в заданном состоянии ( перемещении или покое ) , как одно целое .

Подвижный блок компоновки (ПБ) - сочетание ЭК и подвижного стыка . ПБ - это четко ориентированный в пространстве ЭК , имещий плоскость соединения с последующим ЭК .

Стационарный блок (основание ) - ЭК находящийся в непосредственном контакте с фундаментом станка .

Ветвь компоновки - участок компоновки от ЭК , несущего инструмент или деталь, до стационарного блока .

Структура компоновки - последовательность сочетания ПБ от начала ветвей к стационарному блоку , записанная в кодах определенного вида . Структура компоновки выражается в сочетании отуктурных формул ветвей компоновки .

Компоновка МС - это совокупность подвижных блоков »сочетание которых определяется процессом формообразования , требо-

■ ' 7 .

бшшяиг к технико-экономическим показателям станка и различается свойствам и структурой . .

Возможность исследования и проработки всего объема вариантов компоновок IК? заданных входных параметров сопрязке'на с созданием системы автоматизированного синтеза компоновок Ж. Подобная система долкна отргитать этапы структурного описания компоновок 1С (структурный синтез ) и•геометрического описания компоновок мс (пространственный синтез) с последующей оценкой полученйых компоновок по заданным критериям и выбором лучшего варианта . -

Компоновка Ш представляет из себя сочетание подвижных блоков н стационарного блока . Следовательно , пр:г ориентации процесса проектирования компоновок на ЭШ , необходимо создать специфический язык описания кошоновок , позволяющий .однозначно и полно описывать компоновку ДО и формализовать критерии отбора кошоновок . Язык формализованного описания долган быть удобен в обращении , однозначен в понимании .

Компоновка МО состоит из множества ПБ и стационарного блока. От того как расположены подвижные блоки в пространстве, от их взаимного положения , от формы ЭК и типа стыка зависит компоновка станка в целом . При формализованном описании ПБ компоновки следует учесть , что код имеет развитую структуру . Кодирование ПБ происходит в абсолютной системе координат . Используется правая система координат ОКП. , причем ось 1 всегда вертикальна и направлена перпендикулярно от поверхности земли , ось У параллельна поверхности земли и направлена вправо . Начало коордийат можно принимать произвольно .

Формализованное описание подвижного блока складывается из семизначного кода и имеет постоянную длину . Каждая цифра кода отражает один из параметров пространственного положения узла . Конкретизация ПБ происходит от первой цифры к последней . Код ПБ имеет следующую структуру (табл. 1 ):

ПЕ( К1, К2. КЗ, К4, К5, Кб, К7) К1 - тип перемещения ЭК : 1 - поступательное, перемещение -вращательное- перемещение ;

КЙ - направление перемещения (ось вращения ) ЭК : 1 - перемещение вдоль (вокруг) X ;Е - перемещение вдоль (вокруг) У ; 3 -перемещение вдоль 'вокруг) I :

КЗ - направление нормали к плоскости стыка (при отсутствии угла наклона стыка в пространстве) : 1 - нормаль расположена вдоль X ; 2 - нормаль расположена вдоль У ; 3 - нормаль расположена вдоль Ъ ;

К4 - наличие угла наклона стыка к одной из координатных плоскостей : 0 - наклон отсутствует ; 1 - наклон к плоскости ХОУ ; 2 - наклон к плоскости Ю2 ; 3 - наклон к плоскости У02; К5 - тип стыка ; .

Кб - направление перехода через стык , от подвижной части под-вищого стыка к неподвижной части подвижного стыка : 1 - совпадает с осью КЗ по направлению ; 2 - противоположно оси КЗ по направлению ;

К7 - тип ЭК : 1 - призма ; 2 - цилиндр .

Таблица 1

г---:—--1-п--—i-1-1--1

| К1 I К2 | КЗ- | К4 | К5 | Кб | К? |

t---------,-:--¡-f-,-1-1

it¡.11 .|по оси(с нормалью|без |тип |пере-Корма! irse; -.•¡.•¿•те- |х у z i по оси |вакло-|сты-|ход i ЭК 1 |Ш1Д |1 2 3 |х у z |ш |ка (черев(1- | )1-поступ-| i 1 2 3 | 0 | |стыгс |прив-1

|атедыюе (---1-1-!—| 1 (по |ма ¡

I (параллельно плсс-|с нак-| 2 |оси | |

I (кости: (лоном | 1х у z\ |

I ¡ 12, 13, 23 |1 2 3 | ll-co-1 I

I--------1-----.-1--¡-j впа. |--¡

(2-npaüia- |вокруг оси x y z | О | 1 |дает (2-ци-1 |тельное | 12 3 |--1 2 |2-нет1линдр|

I | ' К2 - К1 Ц 23| | | |

i---—_t---1_i__i—__i_i

Код № можно представить формулой :

10' i) - f ( К1 ,К2,КЗ,К4,К5!К6,К7 ) , (1) i де К( О • код подвижного блока с номером 1 в структуре компо-цпвки .

Кпд стационарного блока ВЕШИсыЕается так :

К(0) = 0000000,'- (2)

На рис. 1 изображена компоновка вертикально-сверлильного станка . Приведеншш компогювка содержит четыре ПП и стационарный .

Мкожч-тро кодов ГШ, составленных в структурные формулы по определенным правилам, обрадуют коды ветвей компоновки и код компоновки .

Компоновка МС состоит из нескольких ветвей . Минимальное число ветвей компоновки равно двум : ветвь -детали и ветвь инструмента , хотя часто встречаются компоновки с более раз-ретвленной структурой . При формализованном описании необходимо выделять каждую из ветвей компоновки в отдельную структурную формулу , что во многом облегчает понимание и расшифровку кода . Порядок записи кода ветви компоновки : от подвижного блока несущего инструмент или деталь к стационарному блоку . Может встречаться случай , когда в ветви компоновки лишь один ЭК - стационарный блок .

Исходя из (1) и (2) , код ветви компоновки Ш можно представить формулой :

КУ (I) > КС 1) и К(2) и и КС I) и К(О) , (3) где КУ (I) - код ^ой ветви компоновки ;

К(0 - Код ¡-ого ПБ 1-ой ветви компоновки ; 4 К(0) -код стационарного блока . При записи структурной формулы знак "I)" заменяется пробелом .

Формализованное описание ветви компоновки позволяет работать со сложными структура)«! .

Формализованная запись компоновки МС представляет собой определенную последовательность кодов подвижных блоков . Запись структурной формулы ведется в несколько строк , так что каждой ветви соответствует своя строка в структурной Формуле компоновки МС . Код компоновки представляет из себя параллельную структуру из двух и более ветвей ..Обобщенная формула ком поковки Ш :

КК = КУ(П и Ш2) и ... и Ю/(И) ,(4)

где КК - код компоновки ;

КУ(Ю - Коды гетвдй компоновки .

$0): 0000000

Рис! 1

геометрическое построение РП

геометрическое построение ЗК 1 ветви 1

±

геометрическое построение ЭК 2 ветви 1

геометрическое построение ветви 1-

У

I

т

V/

V

геометрическое построение ЭК Н-1 ветви М

геометрическое построение ветви М г I

У и

_I__I ,.

геометрическое построение стационарного блока и компоновки

Рис. г

Как правило , запись кодов ветвей ведется от ветвей детали к ветвям инструмента .

Критерием, служащим разделителем между теоретически возможной компоновкой и практически реализуемой компоновкой является критерий работоспособности компоновки .

Критерий работоспособности кошоновки МС - отражение структурной формулой компоновки , способной выполнить необходимые начальные условия проектирования и обладающей свойством конструктивной реализации в дальнейшем .

Структурный синтез является частью обшей системы автоматизированного синтеза компоновок Ш . Структурный сннтеа выполняет в системе особую'.роль - начального этапа проектирования . Ст него во многом зависит правильность выбранной структуры кошоновки МО , корректность процесса отбора по различным условиям . •

Процесс'структурного синтеза сводится к реаении двух переборных задач и целенаправленному. отбору вариантов струотур-ных формул компоновок Ш .

Большое число возможных вариантов компоновок , а также необходимость соблюдения принципов объективности и достоверности при. целенаправленном отборе, компоновок , делает необходимым применение-математизированных методов отбора ,

Формализованное описание ограничений в компоновках должно обязательно удовлетворять условию совместимости со структурными формулами комлоновок . Аппарат математизированного описания должен быть достаточно гибок и универсален , При описании ограничений отбора должна соблюдаться однозначность .

Вводимые ограничения разделяются на три типа : ограничения по структуре ПБ , ограничения по структуре ветви компоновки Ш , ограничения по структуре кошоновки 1.1С . Эти ограничения относятся к структурным ограничениям и накладывают определенные условия отбора при синтезе компоновок . Они необходимы при синтезе структурных формул компоновок , в которых заранее известна та или другая их особенность . Все вводимые ограничения заносятся в матрицу ограничений, имеющую гибкую структуру. Проектировщик может изменять эти ограничения в зависимости от результата автоматизированного синтеза : уж сточить их , ослабить или произвести замену одних ограничений другими . Подобная гибкость очень удобна при проектировании принципиально но-

вых вариантов компоновок МО . при рассмотрении множества вари-антоп с целью сравнения по структуре компоновки . Условия отбора можно условно разделить на четыре основных вида (четыре группы правил отбора компоновок Ш ) : условие отсутствия или условие присутствия , условие места в структуре .' условие относительности. места ПВ в структуре ьетви компоновки , условие отсева компоновок по структуре ГШ .

Предложная методика структурного синтеза монет быть описана как последовательно решаемые задачи перебора ПВ и перебора структур ветвей с отсевом по вводимым ограничениям , Еся последовательность операций производится согласно системе формализованного описания компоновок МО и вводимых ограничений. Кроме того, производится построчный ввод и вывод информации, согласуемый с принятой системой кодирования . Вводимая информация разделяется на две части : непосредственный ввод исходных данных и вьодимые ограничения . Вводимые ограничения могут меняться в процессе синтеза в зависимости от результатов структурного синтеза и вводятся последовательно на этапах решения переборных задач . Жесткий отсев компоновок и Г® по условиям работоспособности включает в себя отсев кодов не имевших смысла , т'. е. при полном переборе у нас образуется массив выходных структурных формул компоновок я ПВ | , которые могут существовать теоретически , но параметры описанные в структурных формулах ПБ накладывают друг на друга определенные условия , которые и необходимо учесть , Эти ограничения структуры ПБ и компоновки ( в структуре компоновки такяе существуют запрещенные состояния ) и образуют жесткий отсев по условиям работоспособности компоновки. В ходе синтеза структурных формул решается вопрос получения полного комплекта структур или его части , причем эту часть можно подкорректировать .

Помимо вводимых ограничений при структурном синтезе компоновок КС обязательные ограничения :

- в ветви компоновки не может быть двух совершенно одинаковых ГШ ;

- стационарный блок всегда последний в ветви компоновки .

В третьей гласе разработаны основы пространственного синтеза компоновок МС .

В теории синтеза компоновок МС пространственный синтез получил йаимзныяее раквигие , хотя он имеет очень даэю»

чение в общей системе автоматизированного синтеза компоновок МС . Связанные с пространственным синтезом геометрические расчеты .-воплощение компоновки в графическом образе позволяв'! подготовить данные для анализа по многим критериям ( жесткость. точность , металлоемкость*, стоимость и т.д. ) . Прост ранствешшй синтез компоновок МС является логическим продолю-нием структурного синтеза . Он отражает синтезированные структурные формулы компоновок в их геометрические образы. Геометрический образ комопоновки практически является математической моделью компоновки с размерами всех ПВ и стационарного блока , точками- центров масс ЧЭХ и габаритными размерами рабочего пространства (РП) . Производящиеся в ходе пространственного синтеза геометрические расчета , как и в структурном синтезе, происходят по строгой иерархической системе : от ЭК начала Бетви к стационарному бяску. В ходе пространственного синтеза определяется' взаимосвязь ЗК в пространстве , что возможно ■проследить' не только по геометрическим параметрам , но и пс графическим эскизам . Определяется также взаимное расположен»;-ветвей компоновки в пространстве , • их положение относительно РП , " формируется основание компоновки . Определение геометрических параметров стационарного блока 'является завершай:щш звеном пространственного образа компоновки МС .

Кроме создания пространственного образа компонсски пространственный синтез несет на себе еше одну очень вн>,<нух, Функцию . Он реализует возможность собственно синтеза но параметрам геометрии компоновки. Зти параметры Бключак/г н себя: габариты РП ; габариты ЭК ; углы наклона стыков ; взаимное расположение ветвей в компоновке .

Исходными данными пространственного синтеза являются : структурные формулы компоновок , полученные в ходе структурного синтеза по введенным ограничениям ; габариты РП ;габариты ЭК начал всех ветвей компоновки ; стороны РП , с которыми контактирует каждая ветвь компоновки .

Рис. 2 отражает иерархию геометрического построения ком поновки МС, Последовательность такова :

построение РП компоновки (по произвольно выбранной точке) ;

- построение ЭК последовательно всех ветвей (от Ебтььи детали к ветвям инструмента ) ;

- 14 - '

- построение ветвей компоновки ;

- построение стационарного блока ;

- построение компоновки МС .

Пространственный синтез компоновок УС всегда начинается с построения РП компоновки . РП компоновки строится по заранее определенным начальным условиям , которые приходят из технического задания на проектирование компоновки Ш -.габариты РП ; координаты точки построения РП компоновки (опрной точки).

Существует четыре контура расчета координат вершин ЭК :

- ЭК типа призма является первым в ветви компоновки МС ;

- ЭК типа призма является промежуточным в ветви компоновки МС ;

- ЭК типа цилиндр является первым в ветви компоновки МС ;

- ЭК типа цилиндр является промежуточным в ветви компоновки 183 .

Отобранные в результате структурного синтеза формулы компоновок МС должны отвечать всем заложенным на этом этапе требованиям . При геометрическом построении компоновки существуют также критерии, от которых зависит работоспособность компоновки МС . Превде всего к ним относятся габариты синтезированных ЭК , плоскости^стыков : их плокадь , направление перехода через стык. Параметры ЭКнаходящегося в-структуре компоновки , зависят от : габаритов РП ; габаритов ЭК начала ветви ; параметров стыка предшествующего ПБ ; дополнительных параметров ( коррекция формы ЭК , углы наклона предшествующего и последующего стыков ),

В ходе пространственного синтеза компоновок существует возможность внесение корректив в геометрические параметры ЭК и стыков , что влечет изменение показателей всей компоновки. При этом изменяемыми параметрами являются габаритные размеры ЭК : 1 , Ь , - для призматических ЭК ; В , И - для ЭК цилиндрической формы и углы наклона стыков в пространстве - а) , Ье , вв-

При изменении габаритных размеров ЭК необходимо учесть, что изменение одного из размеров промежуточного ЭК вденет за собой изменение размеров всех последующих ЭК . Это верно ка:: для увеличения линейных размеров , так и для их уменьшения . Линь изменение линейных размеров стационарных 'Слонов не приводит к изменения других ЭК . Последовательность внесения кор-

ректив не важна , в каждый промежуточный момент внесения коррекции можно получить результаты пространственного синтеза компоновки с измененными параметрами.

Таким образом , за счет пошаговой коррекции пространственной модели можно получить массив вариантов компоновок МС, отличающихся своими геометрическида параметрами . После коррекции модели производится анализ полученных в результате компоновок, их оценка и выбор лучшего варианта .

На основе изложенной ьыше методики пространственного синтеза компоновок Ш создано прикладное программное обеспечение , отвечающее требованиям создания автоматизированной системы проектирования компоновок МС . Программное обеспечение ориентированно на язык программирования ПАСКАЛЬ я имеет четко структурированную форму . В процессе создания программного обеспечения- использовались различные* геометрические и комбинаторные преобразования , законы алгебры логики . Кроме того , для выбора графических изображений использовались правила компьютерной графики , введено четкое масштабирование получения графических изображений компоновок МС .

Четвертая глава посвящена оптимизации параметров комлоно-воки-по критерию статической жесткости на -заключительном этапе пространственного синтеза .. •

Система автоматизированного синтеза компоновок !ЗС была бы не полной без оптимизационной ее части, позволяющей уточнить параметры синтезируемой компоновки и привести- получаемую геометрическую модель к рациональному виду. В качестве критерия . оптимизации выбран критерий статической жесткости, как наиболее важный и легко оцениваемый именно на ранней стадии проектирования, когда явно ошушается нехватка данных.

Оценка синтегчрованных компоновок производилась с помощью пакета программ ЕЗИ , разработанного на кафедре "КС и СК" ШССТАНКИНа .

В качестве метода оптимизации выбран метод Нелдера-Мида .

В примере рассмотрен автоматизированный синтез компоновки многоцелевого станка для пятисторонней обработки деталей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ;

3. На основе семизначного цифрового кода создана система

- 16 - •

формализованного описания компоновок МС и правил отбора компоновок на разных этапах синтеза ,' что сделало возможным переход к автоматизированному синтезу и сравнительному анализу компоновок на ранней стадии проектирования,

2. Разработана система структурного синтеза компоновок МС, позволяющая .путем решения двухэтапной переборной задачи создавать массив кодов ПБ и производить переход от структурных формул ПБ к структурам компоновок, отвечающих техническому заданию на проектирование Ш ■

3. Разработана система пространственного синтеза, позволяющая создавать геометрические модели компоновок МС заданной структуры,производить коррекцию компоновочных параметров по линейным и угловым изменениям ЭК и преобразовывать заданный структурный код компоновки в ее графический образ .

4. Выявлены основные соотношения геометрических параметров при синтезе компоновок,которые позволяют приводить геометрическую модель компоновки к реальным пропорциям.

5. Разработано и реализовано прогпаммное обеспечение автоматизированного синтеза компоновок,состоящее из системы структурного синтеза и системы пространственною синтеза и позволяющее производить решение переборной задачи при синтезе кодов,отбор кодов по вводимым ограничениям, синтез геометрической модели компоновки, коррекцию геометрических параметров в режиме диалога и уточнение размеров ЭК при решении'оптимизационной задачи. -

6. Программное обеспечение, позволяет- проводить сравнительный анализ синтезированных компоновок по параметру статической жесткости.

7. Программно реализована оптимизация геометрических параметров компоновки по критерию статической жесткости,которая обеспечивает приведение синтезируемых, компоновок к реальным пропорциям.

8. Компоновки , реализованные в примере автоматизированного синтеза , имеют оригинальную архитектуру , а одна из ком-поковок защищена авторским свидетельством .

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

1. -Математическое моделирование процесса синтеза ксмлоно-

бок металлообрабатывающих станков . // Программно-методические и программно-технические комплексы САПР и АСТПП : Тез. докл. н.-т. конф. - Ижевск , 1988 ,-с. 117-118 (соавтор Давыдов И. И.).

2. Металлорежущий станок с автоматической сменой многошпиндельных коробок . // а. с. 1505747 от 8.05.85 (соавтор Гель-штейн Я. М. ) .

3. Металлорежущий станок . // а. с. 1549723 от 16.11.89 (соавторы Хомяков ЕС. , Давыдов И.И, , Полянин В.И.) .

4. Системное проектирование компоновок металлобрабатываю-щих станков . // Конструкторско-технологическая информатика , автоматизированное создание машин и технологий : Материалы Всесоюзн-. конф . - Москва , 1989 , - с.240-243 (соавторы Хомяков К С. , Давыдов НУ.) .

5. Автоматизированный синтез станочных модулей ГАП . // Теория и практика разработки и внедрения средств автоматизации и роботиэаций технологических и производственных процессов : Тез . докл . н.-т.' конф . ,Уфа ,1989 , -с. 21 (соавтор Хомяков ЕС.) .

6. Автоматизированный расчет веса станка на ранней стадии его проектирования . //.Проблемы повышения производительности и качества продукции в условиях автоматизированного машиностроительного производства ; Тез. докл, н. конф. - Ярославль, 1986 , -с, 43-44 . (соавтор Давыдов Я И.)

7. Автоматизированный справочник агрегатных станочных систем . // ГШ. в машиностроении : Тез. докл.' н:-т. конф. -Курган . 1987 .-с.38-38 (соавтор Гельштейн ЯМ.).

8. База экспертных знаний для проектирования компоновок металлорежущих станков . // Методы и средства повышения Эффективности машиностроительного производства : Тез. докл. н. -т. конф. , Фрунзе ,199а, -с. 31 .