автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Научные основы совершенствования и развития принципа агрегатирования при создании технологических систем металлообработки резанием

Харьковский государственный политехнический университет

РГВ ОД

2 7 ЯНВ 1997

На правах рукописи

ХВДАН ВАЛЕРИЙ ДМИТРИЕВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОРВНПЯПА АГГРЕГАТИРОВАННЯ ПРИ СОЗДАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕТАЛЛООБРАБОТКИ РЕЗАНИЕН

05.02.08 - технология машиностроения; 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков - 1996

Диссертацией является научный доклад.

Работа выполнена в Харьковском производственном объединении по выпуску агрегатных станков (ХПО АС) Министерства .машиностроения, военно-промышленного комплекса и конверсии ¡Украины и на кафедре технологии машиностроения и металлорежущий станков Харьковского государственного политехнического университета Министерства образования Украины.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Тимофеев Юрий Викторович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Талонов Владимир Степанович;

доктор технических наук, профессор Зенкин Анатолий Семенович;

доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Николаевич..

Ведущая организация: Опытно-конструкторское б»ро шлифовальных станков (ОКБШС), г.Харьков.

Защита состоится 25 декабря 1996 г. в 1400 на заседании специализированного ученого совета Д 02.09.01 в Харьковском государственном политехническом университете по адресу: 310002, г. Харьков, 2, ГСП, уд.Фрунзе, 21. С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного политехнического университета.

Диссертация разослана 24 ноября 1996 г.

Ученый секретарь

специализированного совета '^/^[¿¿^ З^уяян М.Д.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общая характеристика работы................................. 3

2. Принцип агрегатирования при создании иэталлорегут^го

оСору^оззния 8

а Общая последовательность проектирования и изготовления

агрегатированного ыеталлорелотего оборудования............. 15

4. Научные основы методологии создания эффективного агрегатированного метадлоредущзго оборудования............. 22

5. Научные основы технологии металлообработки на агрегатированном оборудовании.............................. 27

6. Принципы проектирования инструментальных наладок шогопо-зиционных агрегатированных технологических систем._________ 37

7. Узлы технологического оснащения при обработке на агрегатных станках........................................ 43

,~8. Оптимизация параметрических рядов унифицированных

элементов агрегатных станков............................... 49

9. Оптимизация типоразмеров и компоновок агрегатных станков.. •. 54

10. Совершенствование технологии изготовления уникального агрегатированного оборудования ........................... 58

И. Проблемы повышения производительности, точности и

надежности агрегатных станков и автоматических линий.......61

12. Система автоматизированного проектирования и изготовления агрегатированных технологических систем................... 64

13. Экономическая эффективность применения усовершенствования агрегатированного оборудования........................ 67

14. Тенденции совершенствования структуры и параметров агрегатных станков и комплексов........................... 67

15. Основные выводы и рекомендации............................ 69

16. Список работ по теш диссертации.........;.................72

1. ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Развитие и совершенствование промышленного потенциала Украины в первую очередь связано с разработкой научно обоснованных методов проектирования, изготовления и зкс-плуатащш парка металлорежущих станков и станочных комплексов, принципов совершенствования структуры станочного парка, системы его обновления. Это относится к станочному парку в целом и к каждой группе металлорежущих станков, так как только при решении названных задач и разработке принципов оптимального функционирования станкостроения можно говорить о закладке основ создания конкурентноспособной промышленности, отличающейся высокой эффективностью изготовления машин и чутко реагирующей на изменение требований рынка.

Основополагающим при создании металлорежущих станков и комплексов из них - автоматических линий является принцип агрегатиро-

ваяия, по котороцу оригинальное, порой уникальное оборудование компонуется из набора одних и тех та элементов, естественно, с добавлением некоторой сравнительно малой части оригинальных. Реализация принципа агрегатирования, действие которого распространяется, в основном, на агрегатные станки (АС) и автоматические линии из этих станков (АЛ), позволяет, самое главное, существенно сократить сроки проектирования и изготовления сложного металлорежущего оборудования и многократно снизить себестоимость его изготовления, что, в свою очередь, повышает эффективность металлообработки в массовом и крупносерийном производстве, для которого это оборудование прежде всего предназначено.

Исторически такой подход при создании уникального технологического оборудования зародился в 20-е годы нынешнего столетия и бурно развивался в первые десятилетия (в 30-е, 40-е и 50-е годы). За этот период были разработаны основы принципа агрегатирования, общие положения проектирования технологических процессов механической обработки, реализуемых на АС и АЛ, классификатора основных типоразмеров технологических систем в зависимости от размеров обрабатываемых заготовок и некоторых принципов кошюновки» параметрические ряды основных агрегатов, узлов и элементов и т.п. Все это послужило основой для того, что к началу 90-х годов в бывшем Советской Союзе функционировало более БООО автоматических линий (каздая АЛ состоит-в среднем из 8-ми позиций обработки и включает в свой состав 90...100 инструментов), на каздш заводе с кассовым и крупносерийным выпуском машиностроительной продукции надежно работало в среднем Б0-70 агрегатных станков (всего более 120000 АС).

Однако последние 30 лет развитие принципа агрегатирования застопорилось. Внимание ученых и производственников сосредоточилось на решении весьма ванных для совершенствования конструкций АС и АЛ, но второстепенных для совершенствования вопросов: принцип агрегатирования оказался как бы в стороне от структурных изменений в машиностроении, от наступления эры рыночных отношений, от требований комплексности обработки, снижения энерго- и материалоемкости производства и т.п.

В связи со сказанным.в настоящее время актуальным является переосмысление на новом этапе развития машиностроения принципа агрегатирования при создании технологического металлообрабатывающего оборудования, его основных положений и Форм их реализации, расширение области применения принципа и технологических возмоа-

костей ■ АС н АЛ. Иазрога необходимость ва йпра^знте сбобцэикя спета проеетнрсзаипя, производства и зиспзугтацш! агрегатироваи-пого техисгогкчесгсого оборудована разработать современнее науч-ниэ основы зтого пргкгшша для того, чтобы обоснованно выбирать пглргвлеикя и фор;.гы совершенствования агрегатных станков и азто-иатшгэсгкк лапай, управляя ist стругстурсй, пгрг^этрза н основными характеристиками. 05 ггетуазапоста о того направления говорит то, что работы по созэрззпствозанкз и раззнтпэ прянщтоз создания sr-рзгатнровгпкого кзтадссреггуцэго сбсрудозслгл п связапкэ с этап сопроси Еквочекы в КСышюксяиэ цэлевио научно-технические прог-ргг^ы Украшал (КЦНТП-14, КЦНТП-22).

Цела работы - ргтрл5от1?а . ионцешци, научное обоснование, састештаоацкя н тсхкшсская- реализация кзтодогогкчесяих подходов к организации, созерпзЕствовгйкэ а рззвкткэ принципа агрэгаткро-шамя техкагогнческзх систем 'изтазлообрсбопга рзаазнем, что обес-печавает ваачатегьпое (з 2. ..3 раза) ссарг^энке срогкзз проектаро-вгяш я кзготозгенаа, повьззнкэ (а 1.5.'. .4 раза) пронзводитагь-есстн труда иа технологических операциях сбргйот;и рэзаянеи, выполнявши на агрэгаткрозанном оборудовании, повьззнае точности и качества обработаяшх позэрхпсстел и точности координатных' paasis-роз, BosixoHocTb надежного автоматического выполнения сложных проесткых работ, устранение монотонных ручных работ при осуг,эст-вгепкл сходных щзслов механической обработки, carpysici и разгрузка оборудовании, существенное улучпэнаа хграотеристик знгрговоо-гешанпости и tíssepsazceiccccía современных стгяшв а автоматически гпипЗ, что поззсаш? наиболее сффэктквно выполнять сгояные технологические задача при изготовлении различных деталей uezini. .

Научная познана работы ссстс:;т в тем, что на основе систематизации опыта решения технологически и конструкторских, задач при проектировании .н изготовлении агрэгатированного ыеталлореяущего оборудования, анализа особенностей его эксплуатации, поиска осно-Еополаггзгдах где:": по наиболее рациональному использования принципа агрегатирования, обобщения принципов проектирования и разработки на этой базе элементов САПР агрегатных стангаз, разработки новых расчетных методик при проеотировашш и оптимальных техноло-гнческнх процессов при изготовлении АС и АЛ, проведения теоретических и экспериментальных исследований характеристик этого класса петаллореяущего оборудования впервые представлена в виде целостной системы ыетодология совершенствовали и развития принципа агрегатирования при создании и эксплуатации технологическое сис-

теы металлообработки резаниси, которат вквочает в себя:

- разработку прзшщгаов классификации агрегатированного металлорежущего оборудования и установление приоритетов применения различных групп его в зависимости от технологии обработки заготовок;

- оптимальную технологию обработки на агрегатных станках и автоматических линиях и принципы управления структурой и параметрами технологического процесса в зависимости от требований производительности и качества обработки;

- оптимизация компоновочных ресений при создании агрегатиро-ванного технологического оборудования в связи с требованиями минимизации материалоемкости и улучшения других эксплуатационных характеристик;

- принципы оптимизации параметрических рядов основных агрегатов и элементов, из которых компонуется данный класс технологического оборудования;

- математическую модель функционирования агрегатированного металлорежущего оборудования, позволяющую управлять структурой технологических комплексов в зависимости от требований надежности и долговечности систем металлообработки;

- комплекс новых расчетных методик, объединенных в САПР агрегатных станков;

обоснование тенденций совершенствования и развития принципов при создании агрегатных станков, автоматических линий и другого технологического металлорежущего оборудования.-

Методы исследования. Основные научные положения диссертации разработаны на фундаменте из таких теоретических дисциплин, как основы технологии машиностроения, теория технологической надежности систем с временной избыточностью, принципы конструирования машин и систем. Вся работа построена на основе теории вероятностей и математической статистики. Проблемы оценки и принятия компоновочных решений и классификационных структур рассматривались, исходя из системного подхода к решении технических задач; В диссертации такие использованы основы теории прои?~одительности труда и машин, принципы оптимального циклограммирования и проектирования. Основные теоретические положения проверены экспериментально на специальных стендах и реальной практикой проектирования и изготовления агрегатированного оборудования. Постановка задач исследования обоснована с привлечением теори*' и методов промып-ленного эксперимента.

Празсгичестое значение работы состоит в том, что разработаны методгаси принятия наиболее рациональных реиений при проектировании и изготозлешга на основе принципа агрегатирования технологического оборудования, гаторые используются в инженерной практике при,создании агрегатных полуавтоматов и автоматов в Харьковском производственном объедшгении по выпуску агрегатных стачгаэв (ХПО АС), станкостроительном объединении "Минский завод автоматических линий" (¡.ЗАЛ), Московском станкостроительном объединении "Завод шени Орджоникидзе (ЗИО) и других;

- разработан ряд новых агрегатов, механизмов и устройств (авторские свидетельства NN 283783, 300259, 302666, 303166, 308818, 312687, 318464, 320353, 324127, 332933, 338312, 344273, £852157, 353570, 357973, 375136, 399317, 406653, 444621, 453286, 490581), гаторые использованы при проектировании агрегатированно-го технологичеасого оборудования с улучшенными характеристиками, широко реализованного в мааиностроешш и приборостроении;

- разработаны методы и средства их реализации для расширения принципа агрегатирования на создание гибких технологических систем машиностроительного производства;

- разработано алгоритмическое 15 программное обеспечение САПР агрегатных станков и комплексов, что позволило значительно повысить эффективность проекпгрованкя и изготовления технологических систем этого класса;

сбгцй экономически! эффект от внедрения в производство результатов исследовашш, которые проводились с 1970 года и реализованы примерно в 25000 агрегатных сталгав, 54 автоматических линиях и 20 робото-техшгееских комплексах, составил примерно 192 млн.рублей в ценах до 1990 года.

Апробация работы состояла в использовании разработанной методологии в практике проектирования, изготовления и внедрения в промышленность новых образцов различных агрегатных станков, автоматических линий и робото-технических комплексов, таегоотх улуч-пешшэ технические характеристики и высокую экономическую эффективность.

Основные положения работы долстенн, сбсуздены и одобрены на многих се-сшарах и конференциях различных уровней. Коллегиях Министерств, совепаниях и симпозиумах. Диссертация в полном объеме дол слепа па заседашш кафедры технологии машиностроения и метал-лореяуцлх сталгав Харьковского государственного, политехнического университета, в других высзих учебных заведениях.

Обраавд агрггаткрованяого ^атанлоре^уцого оборудования, воющего ухучсенные . характеристики, экспонировались на 2ыстаз55ах "Скстеыы технологической подготовки производства", "Достженкй народного хозяйства СССР", "Достижений народного хозяйства Украины" и других и награждены дипломами и медалями. Это оборудование было представлено на украинских выставках-ярмарках "Укрстгпконнс-трумент-94" н "Укрстанкоинструмеит-96".

За успехи в создании высокопроизводительного передового аг-регаткрованиого технологического оборудования автор диссертации з 1993 году удостоил почетного звания "Заслуаении машинобуд1вник Укра1ш5".

Публикации. Результаты исследований и разработок по создаикзо концепции к методологических принципов совершенствования и развития принципа агрегатирования при проектировании, изготовлении к эксплуатации технологических систем металлообработки резанием нашли отражение и опубликованы в 42 работах, среди который монография, 2 научно-технических и аналитических с-бзора, 10 научно-технических статей, 3 информационных материала, 2 свидетельства на проваленные образцы, 3 тезисов докладов на научно-технических конференциях и 21 авторское свидетельство.

На защиту выносятся теоретические обобщения научно-исследовательских, конструкторских и технологических работ, выполненные автором или под его непосредственны:.! руководством, нашедшие отражение в опубликованных трудах и в данной диссертации, вследствие чего разработаны научная концепция и методологические принципы проектирования и изготовления высокопроизводительного и надеяного автоматизированного технологического металлорежущего оборудования, создаваемого на основе совершенствования и развития принципа, агрегатирования.

2. ПРИНЦИП АГРЕГАТИРОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ ЬЕТШОРЕЕЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Наиболее трудоемкие детали в крупносерийном и массовой производстве изготовляют на агрегатных станках и на автоматических линиях, большинство из которых таккэ создается на базе агрегатных станков. В последние годы в связи с возрастаидош требованиями к технологической гибкости комплексов металлорежущего оборудования появились конструкторские решения, устранязовг? жесткие матлгре-гагные связи ыехду позициями автоматических линий: так появились

станочные систе.'.м, в качестве транспорта педду станками которых применяются роботы или манипуляторы. Но и при этом основой боль-пзшства таких робото-технцческзго комплексов являются в основном агрегатные станки.

Прнншш агрегатирозаши, который до настоящего времени широко применяется при создашш специального металлорелуг,его оборудования, со!фадая сро;з! проеютфовання и изготовления, позволяет, с одной стороны, путем различных сочетаний унифицированных сбороч-1шх едшпщ (рис.1) создавать (в большей мере) или переналаживать (в меньшей мере) агрегатные станки для обработки различных деталей, а с другой - существенно повышать серийность изготовления унифицированных элементов, на базе которых эти сташи гсзмпонуют-Злемэнтн систем приводов Езды Сэстерлхп Корпуса

Элементы крол.1о::*:л Сядовне агрегаты

СИЛОЭЫО ГОЛОВ1СЛ

Снлсзыэ столы ; Вп!Я1делы1ь;э узды Узлы .технологического осяадэния

Транспортные агрегаты Псесротпо-двлнтольниэ столы

Роботы, манипуляторы

Элементы несугей спсте;^ы

Стгиппш

Стойки

Подкладки

Рис.1. Реализация принципа азрзгзшроваяия при созда-лСТЗ"! 1Ши СГГЗЛК0В и -зитпоналачес-¡ave жила.

ся, {многократно повышая их экономическую эффективность.

Агрегатирование металлорежущего оборудовшшя в идеале обеспечивает: схисращение сроков, стоимости проектирования и изготовления стансов; технологическую гибкость станков - возможность их переналадки применительно к изменения конструкции обрабатываемой заготовки; увеличение концентрации технологических операций механической обработки в одной рабочей малине п, следовательно, мно-

гократное повышение производительности груда; автоматизацию- выполнения технологического цикла в многопозициониых системах металлообработки; расширение границ использования оборудования по сравнению с теш: масштабами производства, в которых ранее было целесообразно и рентабельно применять специальные станки; значительное повышение надежности работы станков за счет возможности тщательной отработки конструкции элементов; облегчение ремонтов и обслуживачия станков ввиду однотипности структуры, конструктивных решений и т.п.

Разработкой основ и внедрением в пр&чтику станкостроения принципа агрегатирования занимались в Советском Союзе мощные научно-- исследовательские и проектные организации, к которым прежде всего надо отнести Экспериментальный научно-исследовательски"! институт металлорежущих станков (ЗНШС), Московское СКВ автоматических линий и агрегатных станков (МосСКБ АЛ и АС), Харьковское ПО по выпуску агрегатных станков (ХПО АС). У истоков развития технологических основ и принципов конструирования агрегатирован-ного металлорежущего оборудования стояли такие крупнейшие ученые и практики, как А.П.Владзиевский, Ф.С.Демьяюзк, В.И.Дикушин, Ю.Б.Эрпшер, Н.М.Вороничев, Х.Г.Рябко, Л.С.Брон и другие. И сейчас в этом направлении работают крупные школы ученых, возглавляемые Л.И.Волчкевичем, А.И.Дащенко, Е.Г.Нахапетяном, Ю.В.Тимофеевым, Б.М.Черпаковым и другими.

И все же проблем у агрегатного станкостроения предостаточно, и эти проблемы множились последние десятилетия. К ним можно отнести:

- существенно завышенную металлоемкость (материалоемкость) оборудования по сравнению с другими группами станков;

- завышенную энерговооруженность технологических систем, создаваемых на базе агрегатированного оборудования;

- сравнительно низкие достижимые точности обработки, особен- . но на агрегатных станках с кольцевым транспортированием заготовок по технологическому циклу при помощи поворотных делительных столов;

- Бысокую трудоемкость сборки агрегатировании технологических систем, определяемую их уникальностью;

- невысокий уровень перенаяаживаеыости (технологической гибкости) агрегатированных систем металлообработки;

- практическое отсутствие систем автомата ^ированного проектирования н изготовления агрегатных станков и др. .

0.2

т/п 0.1

0.2

0.2

т/п 0.1

0.2

т/п 0.1

\ / \

УО/ А0^ V

0.25 0.5

Пэ

УД»

к<У

Для примера на рис.2 показаны полученные метода^! статистического анализа кривые изменения основных укрупненных показателей агрегатного АО и универсального УО оборудования, позволяющие сделать некоторую обобщенную оценку состояния. Сравнение этих групп оборудования по параметру Кэуд - удельной мощности, приходящейся на один инструмент, позволяет сделать вывод о том, что, в общем-то, очевидно: использование унифицированных силовых агрегатов, при компоновке которых хотя и предусмотрена установка различных по мощности электродвигателей-, все же приводит к ухудшению использования станков по этой характеристике. В свою очередь, такая картина с использованием мощности электропривода приводит к значительному повышений удельной металлоемкости, о чем говорит сравнение кривых распределения параметра ем - удельной металлоемкости, приходящейся на единицу мощности.

Удельная металлоемкость является обобщенным критерием, характеризующим в определенной степени жесткость станка, поскольку установленная мощность зависит от действующ:« нагрузок, а масса или размеры станка дсшшы определяться требуемой жесткостью. Анализ значений этой характеристики для различных металлорежущих станков" 'показывает, что величина в общем случае увеличивается с возрастанием габаритных размеров станка, т.е. с увеличением размеров обрабатываемых поверхностей и, следовательно, сил резания. С ужесточением точностных требований к операциям, выполняешь ва стайке, ве-

300 600 дл.кгсд^ 1800

АО УО X 1

\ 1

кг

V

у / АО > А

б

10

л

Рис.2. Сравнительный спа,-шстческий анализ основных параметров агрзгатровашого (№) и универсального (УО) оборудования.

личина дн таюе возрастает. Например, для обычных вертпкаЕЬЕос-верлильных станков §ц « 850 кгс/ку> а для коордшгатноргсточких gu ■ 1400 кгс/ку. Кроме того, увеличение удельной металлоемкости обуславливается сложность» компоновки станка в случае значительной удаленности зоны обрабоиш от опорных поверхностей детален несущей системы. Это характерно для радиальносверлильных станков, у которых ЁН » 850 кгс/ку.

В рассмотренной выборке агрегатных станков среднего габарита характеристика ем изменяется в пирогам диапазоне со средним значением, разным 759 кгс/кУ- При этом удельная металлоемкость увеличивается с уменьпением числа силовых агрегатов, так как основную доso в массе станка составляют станина с приспособлениями. Увеличение числа силовых агрегатов - зто значительное увеличение установленной мощности, в результате чего £н уменьшается.

Соотношение массы станка с установленной мощность» для агрегатных станков рассматриваемой конструкции не всегда точно характеризует' удельную металлоемкость, так как эта мощность в большинстве случаев значительно превышает фактически расходуемую на резание. Анализ распределения этой характеристики для рассматриваемых станков и сопоставление ее со значениями, присущими универсальным станкам, показывазт, что значение дм Для агрегатных станков существенно.вше, чем для универсальных, выполняющих те ке виды обработка:.

Это же модно сказать и о распределении коэффициента перена-латашаемости кп=(па+пп)/п0, где п0 - общее число рабочих органов станка, "несущих" инструмент или заготовку, пп - количество пере-налакиваемых рабочих органов, для которых можно изменить либо координату обработки, либо выполняемую операцию, либо параметры при одной и той г.е выполняемой операции. Этот. коэффициент, являясь условным, принят нами для укрупненной оценки уровня переналажзша-емости станка и составляет для агретатированного оборудования kn=l, а для универсального кп=2. Столь ке негативна сравнительная оценка оборудования по точности обработки Т, хотя стабильность первоначально настроенной точности для агрегатгк станков существенно выше (на этом оборудовании обработка в основном ведется концевым размерным инструментом).

Если попытаться обобщенно установить причины худшш; характеристик агрегатированного оборудования по сравнению с универсальным, нужно проанализировать структуру гщзненно; э цикла АО и взаимосвязей между этапами этого цикла (рис.3). В принципе этап "про-

екткрозаяке" долхел аюу1.доировать з себэ не только задание на проектирование, по и "откшпш" всех остальных этапов с полной "персональной" щкпшзкой этой информации к катдстг/ конкретному стгшсу. Естественно, что ссобетшо сбраткыэ связи докшы "рабо-

I 1

. Принятие репений на уровне среднестатистических

Рис.3. Структура жизненного цикла АО и взаимосвязей иещу его 2тгапз>м

тать" на этапах "Проектирование" и "Изготовление". В то же время эти обратные связи практически отсутствуют, а для целей более или менее "достойного" проектирования заменяются среднестатистически!."! и, в больсей мере, детерминированными коэффициентами и рекомендациями, которые, к тому же, фактически не уточняются, по крайней мере, длительное время. Отсюда вытекает, что как на этапе "Проеюттрованце" отсутствует многовариантность принимаемых конструкторских и технологических решений и, следовательно, возможность выбора альтернативного, определяемого по некоторой совокупности критериев варианта ун:1кадьного технологического оборудования.

Все это привело фактически к тому, что принцип агрегатирования при созданга металлорежущего оборудований, громко однажды заявив о себе, как бы приостановился в своем развитии. Нельзя сказать, что это развитие вообще прекратилось: по мере возникновения конкретной необходимости совершенствовались параметрические ряды и конструкции силовых и транспортных агрегатов, приспособлений и т.п., но все это-происходило без выработки "генеральной линии", фактически методов проб и озкбо»с, создавая отдельные "острозки" усовершенствовании.

В связи с излаженным целью данного исследования является обобщение результатов многолетней работы большого коллектива проектировщиков и изготовителей агрегатированного металлорежущего оборудования под руководством и при участии автора "и на этой основе разработка концепции, систематизация, научное обоснование и техническая реализация методологических подходов к организации, совершенствований и развития принципа агрегатирования при создании технологических систем металлообработки резанием. Для достижения этой цели необходимо решить научные, экспериментальные и практические задачи, включаащие:

- обоснование рационального "жизненного" цикла агрегатиро-. ванных технологических систем с установлением связей между этапами цксда, количественным и качественным их описанием;

- обоснование .алгоритма проектирования и изготовления агрегатных станков и -автоматических линийсоздаваемых на основе этих станков, для организации системы управления этими процессами, а в дальнейшем - автоматизированной системы проектирования и изготовления АО;

- разработку научных основ технологии металлообработки па агрегахированкад сборудовашш;

- разработку принципов проектирования инструментальных наладок многопозициошшх агрегатированных технологических систем с учетом реальных требовали! машиностроения и металлообработки;

- оптимизацию структуры уавоз технологического оснащения при обработке на агрегатных станках и автоматических линиях;

- разработку принципов оптимизации параметрических рядов унифицированных элементов агрегатированного металлорежущего оборудования;

- разработку принципов оптимизации типоразмеров и компоновок агрегатных станков;

- обоснование рациональной технологии изготовления уникального агрегатированного металлорежущего оборудования;

- выработку направлений повышения проиавс-ительности и точности обработки на агрегатных станках и автоматических линиях, надежности их работы;

- разработку общей концепции системы автоматизированного проектирования и изготовления агрегатированного ыетаялоредущэго оборудования и практическую реализацию отдельш ; этапов этой системы.

' 3. ОБЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ АГРЕГАТИРОВАННОГО Г.СТАЛЮРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Основной задачей методики проекпфования, составляющего первый этап жизненного цикла станка, является раскрытие структуры и содержания, лопгческой последовательности и взаимосвязи этапов процесса проекпфования, в результате чего закладывается основные характеристики,будущего уникального оборудования. Методика проектирования агрегатных станков включает в себя не только рекомендацию последовательности разрабоиси проекта станка, но и регламентирует содержание и форму представления исходных данных и результатов проектирования, отображаемых в документации проекта, структуру элементной конструкторской базы, используемой для создания агрегатных станков, структуру, содержание и порядок использования нормативно-справочной информации и т.п. Система проектирования, разработанная на основе этой методики, показана на рис.4. .Ядром ее является проектировщик, в качестве которого могут выступать отдельный конструктор, группа конструкторов, а в случае автоматизированного проектирования на ЗЕЧ - алгоритм проекпфования, записанный на языке, понятном машине. Основная, функция проектировщика заключается в переработке исходных данных, приведенных в техническом задании, целью и результатом которой является проект агрегатного станка, комплект документов, описывающих конструкцию, техш5ческие характеристики, условия изготовления элементов и сборки станка.

Рис.4. Структурная схема систш проектирования агрегатных ставков

В соответствии с принципом агрегатирования' уникальные агре-

гатные станки создает из набора унифицированных узлов и деталей, которые образуют элементную конструкторскую базу. Их конструкции, технические характеристики, компоновочные размеры приведены в каталогах-справочниках и руководящих материалах соответствующих проектных организаций. В процессе проектирования агрегатных станков выполняются как специфические для них проектные процедуры, так и процедуры общего применения (расчет режимов резания, кинематические и прочностные расчеты и т.п.).

В агрегатном станкостроении накоплен значительный опыт 1га всем аспектам производства агрегатных станкоь, использование которого в процессе проектирования позволяем ''Последовательно совершенствовать конструкцию станков, -их 'элйлёнтную базу, сам процесс проектирования и изготовлении. -Этот опыт сконцентрирован в стандартах и руководящих технических материалах всех уровней, а его основой являются накопленные в архивах конструкторские документы спроектированных и изготовленных ранее станков, отражающие конструкторские решения этих станков для различных сочетаний исходных данных.

Следует отметить, что агрегатные станки малых и средних размеров применяют для обработки широкой номенклатуры деталей по всем параметрам: геометрической форме и габаритам, материалу, набору обрабатываемых поверхностей и выполняемым технологических! операциям, требуемой производительности и т.д. Поэтому при -их проектировании особенно важно учитывать ранее полученные конструкторские решения для различных оригинальных и типовых проектных ситуаций. В практике проектирования агрегатных -Станков >раёс-матриваемого типа учет ранее выполненных ;п'роёктнйх -разработок осуществляется с помощью простейшей -йнфбрмш&бшйэ-поисковой системы (ИПС), в которой при анализе "заданйя проектирование находят станки-аналоги на обработку подобных по конфигурации деталей. Следует признать, что это может унифицировать и существенно уско-. рить процесс проектирования (при наличии станка-аналога), но имеет смысл только в случаях полученных ранее оптимальных или близких к ним технологических и конструкторских решений.

Обобщая опыт создания агрегатных станков, можно предложить достаточно общую структуру "жизненного" цикла этого металлорежущего оборудования (рис.5).

1. Анализ технического задания на проектирование. При этом по чертежам и техническим условиям на обработг/ выявляют:

- число типов и типоразмеров деталей, подлежащих обработке,

Рис.5. Структура "жизненного" цикла агрегапированного оборудования и информационных полонов

возможность и целесообразность их обработки на одном станке;

- габаритные размеры и геометрическую форму детали, возможность и удобство установки заготовки на станке, ее жесткость;

- геометрическую форК!у й особенности расположения обрабатываемых поверхностей» необходимое дай их обработки сочетание исполнительных двикений;

- размеры обрабатываемых поверхностей, число поверхностей каждого типа и типоразмера, требования к точности и шероховатости поверхностей, припуски на обработку;

- расположение обрабатываемых поверхностей относительно друг друга и по отношению к предлагаемым базам, размерная увязка поверхностей и требуемая точность кх расположения, , число сторон, ,с которых необходимо обрабатывать заготовку, распределение обрабатываемых поверхностей по каздой из сторон, ыеяосевые расстояния поверхностей, наличие соосных и возмоглость их обработки комбинированными инструментами, возможность обработки детали с одной установки или с переустановками;

- материал заготовки, характеристика его обрабатываемости, способ получения заготовки;

- требуемая производительность по каждому наименования обрабатываемых деталей и допускаемые пределы значений коэффициента технического использования станка;

- предлагаемые в условиях заказчика методы й средства контроля;

- типа ц конструкции рекуцнх инструментов, возможность применения стандартных инструментов или необходимость прйектщюванин специадышх;

- воамсшшё другие условия на проектирование.

2. Выбор- элементной базы для проектирования станка. На атом этапе выбирается тип компоновки и соответствующая ему элементная основа, т.е. набор силовых узлов и их технологического оснащения, транспортные устройства, корпусные детали-и т.д. Выбор осуществляется сопоставлением технологических возможностей и технических характеристик наборов узлов (в основном силовых) станков различных типов с совокупностью обрабатываемых поверхностей и на),юченных технологических переходов, ограничениями по габаритам и массе заготовки, размерами обработки, требованиями точности, производительности и т.п.

3. Проектирование технологического процесса обработки. При этом разрабатывается технологическая компоновка, под которой имеют ввиду технологическую схему построения стан;*а для выполнения определенной технологической задачи. Применительно к агрегатным станкам технологическую компоновку можно определить, как схему

распределения я группирования элементарных технологических переходов, необходимых для получения поверхностей детали с заданными технологическими требованиями и производительностью, в соответствии с принципами дифференциации и концентрации операций. При этом производится группирование переходов в инструментальные блоки (комбинированные инструменты), объединение их в наладт для выполнения одним силовым агрегатом, распределение по операционным станциям и рабочим позициям.

Техкологнческал ког.щоновщ агрегатного станка проектируется в тагай последовательности! а) разрабатывается планы 'обработки отдельных позерхиостеГп б) выбирается схема базирования и закрепления заготовки; в) разрабатывается предварительная схема обра-бот!СГ заготовки; г) рйссчнтыййотся ре.гло.?ы и силовые параметры процесса резания для разработанного варианта схемы обработки; д) оценивается производительность и другие качественные и количественные показатели технологической компоновки станка; е) корректируются технолопщеска.я ию.щоновка и.решшы резания; л) окончательно оформляется схема сбрабоиш.

Отдельные этапы процесса проектирования технологической компоновки могут повторяться нсспо,1ь::о раз, н последовательность их не является однозначно;"?, Ишррлэр, расчет рекимов резания штот выполняться преззгрзггедарэ отдельные технологические переходы сразу пссде первого зт£?щ? ярп составлешм схемы обработки (группировании цере^одрв) появляется всзмсзпость достаточно точно учесть сидора И ограничения унифицированных уй-

лов, 479 уменьшает число 1сорректгрозо:; в процессе проектирования техлодог1??5с:сой компотгавщ!.

4. Проектирование оригинальных (специальных) узлов станка. Разрабатывается конструкции зетшного приспособления, шпиндельных насадок, коробок, фрезерных, расточных и других навесных приспособлений к силовым агрегатам, узлов автоматизации, контроля и т.п. Проектирование любого оригинального узла выполняется по общей методике: разработка принципиальной ганйтрукторской схемы (так называемого теоретического чертеяа), проектировочный расчет основных элементов, разработка, чертежа общего вида, выполнение проверочных расчетов элементов, разработка сборочного чертежа и спецификации, проектирование оригинальных деталей узла.

5. Конструкторская компоновка станка. Выбирается окончательно положение заготовки в пространстве. При этом ограничениями могут быть общие размеры станка или требования точности. Пространс- ,

твенное положение заготовки определяет положение соответствущих силовых агрегатов и, следовательно, размеры станка. В то же время положение силовых агрегатов и очередность их работы определяют схему нагружения базового узла с установленными на нем заготовками, т.е. направление и характер изменения суммарных векторов сил и моментов резания, а это, в свою очередь, определяет изменение деформаций в системе и положение обрабатываемых заготовок относительно настроенных режущих инструментов.

6. Проектирование системы управления. По технологической и конструкторской компоновкам и требуемой циклограмме работы проектируются пневматическая, гидравлическая и злектрическая схемы управления станком. В процессе этого проектирования может уточняться циклограмма работы станка, окончательно рассчитывается его производительность и, в случае необходимости, осуществляется корректировка режимов резания.

7. Проектирование вспомогательных систем станка. Разрабатываются система охлаждения зоны резания, схема отвода стружки из зоны резания и со станка, система смазывания.

8. Составление и оформление технической документации. Разрабатываются вновь или принимаются типовые технические- условия на приемку готового станка и отдельных его узлов, составляются эксплуатационные документы и ведомости.

9. Подготовка сборки агрегатных станков. Включает в себя комплектацию унифицированными и стандартными элементами, узлами и агрегатами, необходимую дообработку унифицированной части станка, механическую обработку оригинальных элементов, сборку и отладку оригинальных узлов (сборочных единиц - СЕ).

10. Сборка агрегатного станка. Анализ процесса сборки агрегатных станков показывает, что полностью .устранить пригоночные работы невозможно, так как каждый станок имеет оригинальную схему расположения силовых агрегатов и других узлов, обусловленную конструкцией заготовки (детали) и технологическим процессом ее обработки. Основным базирующим узлом при сборке агрегатных станков является литая станина, у которой механической обработке подвергаются поверхности, на которых устанавливаются силовые агрегаты, поворотный делительный-стол или стационарное зажимное приспособление. На станину устанавливается последовательно: поворотно-делительный стол; силовые агрегаты в соответствии с конструкторской компоновкой, реализующей,в свою очеред- , технологическую; на планшайбе поворотно-делительного стола устанавливаются приспо-

собления; внутри станины монтируется привод планшайбы поворотно-делительного стола и т.п.

В настоящее время сборка агрегатных станков осуществляется по методу индивидуальной подгонки узлов и деталей. При этом производятся многократная установка и снятие узлов, разметка, сверление по разметке, нарезание резьб в крепежных отверстиях, что значительно увеличивает трудоемкость этого этапа изготовления агрегатного станка.

11. Наладка агрегатного станка. Состоит в выполнении опера-щш по подготовке к работе и поддержанию работоспособного состояния в процессе эксплуатации, обеспечивающих требуемые производи.. тельность, точность и параметры шероховатости обрабатываемых поверхностей. Эти операции в зависимости от зтала нападки могут втачать различные работы: после сборки станка - отработку цикла и достижение требуемых характеристик обработки; после установки на заводе-заказчике - достижение требуемой надежности при нормальной эксплуатации; з процессе эксплуатации - поддержание на соответствующем уровне основных характеристик станка и обслуживание узлов, обеспечтааощж нормальное функциошфование; после ремонтов и модернизаций - достижение требуемых функциональных и технологически характеристик.

12. Эксплуатация агрегатных станков. Является основным этапом глзненного цикла, ради которого создается оборудование. С другой сторону, необходимость совершенствования процесса проектирования агрэга?к.-д станков, отработга конструкций агрегатов и уз-,т.эз ставки задачу анализа условий эксплуатации этого оборудования, специфически особенностей его обслуживания, установления харастерных отказов в работе и выработке на основе этого рекомендаций технологам и проектировщикам.

Рассматривая общую стру:стуру проектирования, изготовления и эксплуатации агрегатированного металлорежущего оборудования, приведенную на рис.5, можно сделать следующие основные выводы.

1. При проеклфовании уникального агрегатированного оборудования слабо просматривается обратные связи между отдельными этапами, что приводит фактически при разработке технической документации на это оборудование к использованию метода "проб и ошибок". 2. Практически отсутствует обратная связь между проектированием и изготовлением агрегатных станков, что не позволяет наиболее экономично создавать это оборудование, а, наоборот,.обязывает закладывать в него на этапе проектирования неиспользуемые в дальнейшем

"запасы прочности" по параметрам. 3. Использование в процессе проектирования и изготовления метода аналогий не позволяет Cía-вить и решать при создании агрегатйрованного металлорежущего оборудования оптимизационных задач. 4. Отсутствует чёткая причинно-следственная связь этапов создания и эксплуатации агрегатных станков, что затрудняет разработку единой методологии соьершенс-твования принципа агрегатирования.

4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО АГРЕГАТЙРОБАННОГО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Проектирование - первый комплексный этап жизненного цикла агрегатированного металлорежущего оборудования, на которой закладывается фундамент будущих свойств и который во многом определяет эффективность его дальнейшего применения. Этот этап, в свою очередь, состоит из подэтапов разработки технологической компоновки и проектирования конструкторской кшпоновки, которые тесно связаны между собой и реализация которых должна вестись фактически в "диалоговом" режиме (на caaosa дбЛе в подавляющем большинстве случаев решаются одновариантйые технологические и конструкторские задачи). То se самое мсйно сказать об этапе изготовления агрегатного станка и, особенно, о сборке: использование универсального подхода к сборке уникального оборудования приводит, с одной стороны, к неоправданным трудовым а экономическим затратам, а с другой - не позволяет порой обеспечить#требуемые технологические характеристика (особенно по точности"обработки) и параметры надежности.

Естественно, что получение оптимального или близкого к нему, (квазиоптимального) конструкторско-технологического варианта агрегатного станка подразумевает наличие, по крайней мере, нескольких вариантов, оценку их и "отбраковку" на основе некоторой совокупности критериев, выбор наилучшего или нескольких наилучших а выдачу проектировщику информации для принятия окончательного решения. Иными словами, решается задача оптимизг'да, и решение может быть представлено в виде:

f(x) - j^fiCx1) - rain (шах),

где х1 - скалярные компонента вектора х, который выбирается при ограничениях

х1 е 64, i-l,...,N.

Эта классическая'задача оптимизации функции N переменных сводится к решении N задач оптимизации функции одного аргумента: компоненты любого из векторов х, реализующего минимум (максимум) функции минимизации (максимизации) при указанных ограничениях, будут решениями задач

min (шах) fiix1), х1 е Gi. Принципиально это - типичная аддитивная задача, оптимизация в которой основана на последовательном анализе вариантов и данное решение с точки зрения математики осложнений не вызывает (чаще всего в качестве аппарата применяется метод ветвей и границ). Однако в конструкторско-технологической практике создания уникального металлорежущего оборудования такие задачи "в лоб" не решаемы, так как имеют высокую размерность и изменяющуюся методику решения в связи с заменой целевой функции. Рассмотрим специфические особенности создания агрегатированного металлорежущего оборудования. • .

Прежде всего надо говорить об уникальности (неповторимости) агрегатных станков и автоматических линий, создаваемых на основе принципа агрегатирования: практически каждая такая технологическая система не имеет полных аналогов. И следует признать, что разработка ИПС не "смягчает" этой особенности, так как на первом этапе проектирования аналог может быть выбран по некоторым признакам сходимости с проектируемым образцом и служит только отправной точкой для проектировщика.

Уникальность станка, в свою очередь, вызывает дополнительные особенности. Во-первых, каждая • агрегатированная система имеет оригинальную технологическую компоновку, определяемую геометрией детали (заготовки), требованиями производительности, точности и шероховатости формообразуемых поверхностей, точностью координатных размеров, особенностями структуры (схемы) обработки, наконец, "привязанностями" проектировщика и т.п. Для реализации оригинальной технологической компоновки при слабо выраженных ограничениях выбираются унифицированные узлы и агрегаты, а проектирование оригинальных для данного станка узлов практически полностью отдано "на откуп" проектировщику. Следовательно, конструкторская компоновка, представляющая собой последний этап разработки проектной документации на станок, разрабатывается в полном смысле этого слова произвольно и ее качество зависит от квалификации проектировщика. »

Этап изготовления агрегатного станка "в металле" не позволя-

ет оценить качество проектного решения, так как отсутствует подэ-тап изготовления к доводки опытного образца. Поэтому сборка агрегатных станков осуществляется по универсальной схеме (технологическому процессу) с большим объемом пригоночных работ до достижения работоспособности и обеспечения требуемых производительности и качества обработки (фактически методом проб и ошибок). И если учесть при этом практически полный отрыв этапа эксплуатации агрегатных станков от их изготовления (опять же в связи с уникальностью каждой технологической системы), можно составить представление о низком уровне реализации-положительных качеств принципа агрегатирования при проектировании, изготовлении и эксплуатации агрегатированных технологических систем металлообработки резанием.

Процесс изготовления (разработка технологической компоновки - разработка конструкторской компоновки - изготовление "в металле") агрегатированного металлорежущего оборудования должен быть тесно объединен в одно целое информационными связями, которые постоянно "подпитываатся" статистическими данными, получаемыми на этапе эксплуатации, как это показано на рис.6. При этом на каждом этапе изготовления целевые функции (критерии) могут изменяться.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Оценка конечного результата

производительность (штучная) точность и качество обработки

Требуемые

Критерии принятия проектных реиешш -

- производительность (резания) - opt

- энерговооруженность - opt

- надежность работы - opt

- жесткость несущей системы - opt

- металлоемкость - шп

- занимаемая площадь - шп

- комплексность обработки - сш

экономичность - е32

'/ - Статистическая обработка и < анализ информации v - "наполнение'* ИПС

Рос.6. Принципы иетодожогии создания эффективного уникального . агрегатировашюво тзтологического оборудования

о

Налршер, на этапе разработке технологической компоновки критерием принятия решения может быть производительность резания (в том или ином измерении - производительность съема металла): Ор - шах. На этом же этапе может быть экономическая оценка принимаемого

технологического решения и тогда целевая функция ( '

Сэ

бО-Цзл-Нуд + Цн•Кобел +,£.

Tj•(Knepj+1)

•t,

где Цэл - нормативная стоимость 1 кВт-час электроэнергии, грв/кВт-час; Ыуд - удельная мощность резания, необходимая для производства одной детали на станке, кВт; Цн - норматив заработной платы оператора за одну минуту со всеми начислениями, коп/мин; Кобел - коэффициент, учитывающий многостаночное обслуживание; J - число инструментов в наладке; Con - оптовая цена инструмента, грв; Сз - затраты на заточку инструмента, грв; Сп -затраты на подналадку инструмента, грв; Кпер - число допустимых переточек инструмента; Кпот - коэффициент учета внеплановых потерь инструмента;" Т - календарная стойкость инструмента; г - тает выпуска деталей, мин.

фи выводе последней формулы для оценки проектных решений учитывалось, что она применима на ранних этапах проектирования, и поэтому в состав эксплуатационных затрат вклочены только те составляющие, которые меняются при изменении технологической компоновки АС и не зависят от конструкторской реализации: стоимость комплекта режущего инструмента, необходимого для выполнения производственной программы; затраты на' электроэнергга; заработная плата основных производственных рабочих.

На стадии конструкторского проектирования и разработки конструкторской компоновки в зависимости от требований заказчика критериями могут быть или минимальная металлоемкость, или энерговооруженность, или занимаемая производственная площадь: .'

EN -* rnin; NycT rain; Snj! -* min.

На этих этапах основными ограничениями являются обеспечение заданной производительности, т.е. Q > Q3, и качества обработки (параметров точности и шероховатости поверхностей). Эти ограничения должны четко выдерживаться, однако повызение экономичности оборудования выдвигает требование расчетного обоснования гарантий, так как введение в технологическую систему лишней "избыточности" неоправданно повышает трудоемкость ее изготовления и, следовательно, стоимость.

Соответственно меняющимся условиям проектирования (целевым функциям и критериям принимаемых решений) изменяется и алгоритм проектирования: условия выбора схем базирования-закрепления заготовок; разработка оригинальных узлов; выбор унифицированных узлов и агрегатов, общая компоновка оборудования и т.п. И при этом необходимо отслеживать возможность реализации принимаемого компоновочного решения при сборке оборудования: обеспечения условия минимизации трудоемкости сборки и требуемой точности за счет количества и качества неподвижных и подвижных соединений (стыков!; решение вопросов технологической и структурной надежности и т.п.

На стадии эксплуатации необходимо отслеживать особенности работы оборудования в различных условиях заказчиков, фиксировать отказы, способы и трудоемкость их устранения, оценивать ремонтопригодность агрегатных станков, уровень требований по их перенала-живаемости и т.п. Вся эта информация должна статистически обрабатываться и использоваться на этапах создания агрегатированного технологического оборудования (возможно, как составляющая часть ИПС).

Следует признать, что изложенные принципы методологии создания эффективного агрегатированного металлорежущего оборудования должны прежде всего осуществляться при оптимизации параметрических рядов (рядов типоразмеров) унифицированных элементов, расширении меню конструкторско-технологических решений, широком использовании ЭВМ при проектировании и изготовлении агрегатных станков, в конечном итоге, при создании САПР изготовления агрегатированного оборудования.

Рассмотрев общие принципы создания агрегатных станков, можно сделать следующие основные выводы. 1. Научно обоснованная методе^ логия создания эффективного агрегатированного металлорежущего оборудования должна предусматривать многовариантность принимаемых технологических и конструкторских решений, которые тесно связаны с этапом изготовления и, особенно, сборки технологической системы и широко используют статистическую информацию, получаемую на этапе эксплуатации АС. 2. Многовариантность решегий на каждом этапе и выбор наилучшего обеспечивается алгоритмом проектирования и системой критериев оценки вариантов. 3. Система критериев оценки вариантов принимаемых технологических и конструкторских решений позволяет выполнять анализ-синтез технологической системы по производительности резания комплектом инструменте , металлоемкости, жесткости, энерговооруженности, занимаемой производственной пло~

щади, экономичности при обеспечен™ заданных ограничений по производительности (штучной), оптимальной точности и шероховатости, требуемым уровням надежности и гибкости (технологической перена-лативаемости). 4. Для материального обеспечения изложенной методологии на каждом этапе проектирования, связанном с возможностью принятия унифицированных (ступенчатых и дискретных) решений, необходимо иметь более широкое мена разработанных унифицированных вариантов.

5. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ НА АГРЕГАТИРОВАННШ ОБОРУДОВАНИИ

На агрегатных станках малого и среднего размеров обрабатывают практически неограниченный спектр деталей машин и приборов. Основными признаками разбиения обрабатываемых деталей на классы является наличие и сочетание в них элементов обобщенной формы, их расположение и соотношение основных габаритных размеров. В качестве обобщенных выделены элементов "тела вращения" (ТВ) в общепринятом их понимании и элементы "невращения" (НВ), которые по соотношению размеров описанного параллелепипеда Ь, В, Н (Ь > В > Н) делятся на стержневые, плоскостные и пространственные. Если деталь состоит из нескольких несоосных элементов ТВ, то существенным признаком общей формы является взаимное расположение этих элементов. Для деталей, содержащих оба основных элемента (ТВ и НВ), существенным является соотношение размеров этих элементов между собой, которое оценивается соотношением объемов элементов ТВ и НВ или приближенно по размерам их. В общем на агрегатных станках обрабатываются в соответствии с общепринятой классификацией детали типа вала (27.2%), корпусные детали (24.77.), некруглые стержни (1-9.52), полые цилиндры (18.22) и детали типа диска (10.42).

Геометрическая форма заготовки определяет возможность и особенность ее установки на станке, а компоновка станка, в свою очередь, зависит в основном от формы, расположения обрабатываемых поверхностей, размеров и требований к точности их обработки. Рассматриваемые станки в большинстве случаев проектируют для выполнения операций, осуществляемых при простейших циклах движения инструментов. Для них наиболее характерна обработка внутренних цилиндрических поверхностей (471), фасок в отверстиях (22г), внутренних резьб (212). Креме этого производится обработка тор-

цев, конических отверстий, пазов, наруетых резьб, канавок в отверстиях и наружных цилиндрических поверхностей.

Технологическое оснащение силовых агрегатов станков рассматриваемых типов позволяет обрабатывать поверхности' и выполнить технологические операции и с более сложным сочетанием исполнительных движений. Специфика получения поверхностей (выполнения технологических операций), требующих сложной комбинации исполнительных движений, в агрегатных станках заключается в том, что обработка на них ведется, как правило, при неподвижной заготовке, а все рабочие и установочные движения осуществляются инструментом. Поэтому для выполнения таких технологических операций, как растачивание радиальных канавок, обработка конических поверхностей, фрезерование закрытых пазов, прорезей и канавок, подрезание тор-цев с радиальной подачей (табл.1), применяют сложные устройства, реализующие заданные движения режущей крепки инструмента, или компоновку силовых агрегатов из нескольких силовых узлов с независимыми подачами.

При построении технологических процессов обработки деталей на агрегатных станках используют все методы концентрации операций, рассматриваемые в технологии машиностроения: обработку комбинированным инструментом соосных поверхностей; многоинструкент-ную (многошпиндельную) обработку группы поверхностей с парачлель-ными осями одним силовым инструментом; параллельную и последовательную, многопозиционную и однопозиционную обработки многими силовыми агрегатами одной или сразу нескольких деталей; обработку заготовки с нескольких сторон одновременно или последовательно с переустановкой. Кроме того, в агрегатных станках рассматриваемого класса для повышения степени концентрации операций и обработки без переустановки заготовок с нескольких сторон применяют специальные навесные приспособления в силовых агрегатах Tima механизмов обратного хода, двухсторонней обработки, сверлильных одцоиа-садочных и спаренных мосгео.

Технологическое проектирование агрегатирова"ной металлообрабатывающей системы начинается с разработки технологической компоновки, которая в отличие от конструкторской характеризует не абсолютное, а относительное временное и пространственное расположение технологических переходов по отношения друг к другу и обрабатываемым поверхностям деталей, определяемое сое купностыо параметров заготовок: формой, размерами и расположением обрабатываемых поверхностей, их числом, требованиями к точности, шерохова-

■гости и производительности.

В зависимости от числа типов (наименовании) деталей, обрабатываемых на станке, возможны три варианта технологической компоновки: обработка деталей одного наименования; обработка деталей нескольких наименований (или типоразмеров) с одновременной их ус-

Таблица 1

Сочетание исполнительных движений при выполнен!«! технологических операций на агрегатных станках

Технологическая операция

Сочетание исполнительных движений

Сверление, рассверливание, зенкерова-иие, развертывание, зацентровка, зен-кование фасок, цекование, растачивание цилиндрических отверстий, точение наружных цилиндрических поверхностей

ОСЬ ППИНДОЛЯ

■г

Нарезание резьб метчиками и плашками

51 Б2 * Б2

Обработка наружных и внутренних конических поверхностей

31

Растачивание радиальных канавок в отверстиях

Бр \

->пр

f-

БП

Глубокое сверление

БО

С'

Фрезерование торцевыми, пальцевыми, дисковыми фрезами плоскостей, пазов, открытых и закрытых канавок

V

'ПП ^ПР

-(т,

Г

Запрессовка втулок, штифтов

Спецоперации: с обратным направлением подачи;

обработка с двух сторон одним силовым узлом;

обработка на противоположной силовому узлу позиции

№

ось силового узла ось инструмента

ось силового узла

52

4

П2

<

П1

5

тановкой на станке; обработка деталей нескольких наименований последовательно с переналадкой станка. В последнем случае- в каждый момент времени на станке обрабатывают детали только одного наименования (типоразмера), а переход на обработку других деталей может потребовать частичной переналадки станка, которая может осуществляться в простейших случаях концентрации операции автоматически (система ЧПУ).

Многоместную (ыногопоточнув) обработку на агрегатных станках, когда в каждое приспособление одновременно устанавливается в одинаковом положении' несколько заготовок (и с него снимается несколько деталей) применяют для увеличения производительности станка. Переустановка детали на станке применяется в том случае, если ее конструкция и расположение обрабатываемых поверхностей не позволяют выполнить обработку с одной установки. По этому показателю возможны три варианта компоновки: обработка при неизменном относительно приспособления (или транспортно-базирующего устройства) положении заготовка (с одной установки); обработка с двумя и более переустановками заготовки (обычно вручную) в течение цикла обработки, для чего возможно применение поворотных приспособлений с автоматическим или ручным поворотом, устанавливаемых на планшайбе поворотного стола; обработка заготовок без переустановок, но с изменением ее положения относительно одних и тех же инструментов для получения одинаковых, но различно расположенных поверхностей (делительные перемещения).

Возможны различные способы группирования режущих инструментов: выполнение одним инструментом одного технологичесаааго перехода по одной поверхности детали; обработка одним кнструментш одинаковых по форма и размерам, но различно расположенных поверх-, ностей; объединение инструментов в инструментальные блоки -(комбинированные инструменты) для обработки нескольких соосных поверхностей или последовательного, выполнения нескольких переходов по одной поверхности; объединение в одну наладку инструментов для обработки нескольких поверхностей с параллельными осями. При этом инструменты устанавливается в шпинделях ыногошп; ндельнах насадок или коробок и имеют общий привод (одинаковую минутную подачу).

С точки зрения дальнейшей конструкторской компоновки станка можно выделить два основных аспекта группирования технологических переходов.

1. Позиционность обработки. Возможна рас ..та станка с одной рабочей позицией, являющейся одновременно и установочной,-с двумя

позициями - одной рабочей и одной установочной - для совмещения времени установки и снятия заготовки со временем обработки и мио-гопозицконная обработка с большим числом рабочих позиций, относительно которых настроены реяуцне инструменты. При мвогопозицион-кой обработке заготовки устанавливают на транспортно-базирующее устройство (например, на плаппакбу поворотного стола).

2. Характер взаимодействия силовых агрегатов с позициями обработки в многопозициоиных станках. В этом случае возможны варианты компоновки, когда каддый силовой агрегат "обслуживает" только одну рабочую позивдх) (при этом на одной позади могут работать несколько силовых агрегатов), одга силовой агрегат (с многошин-дельной насадкой или коробкой) "обслуживает" несколько соседних рабочих позиций и один силовой агрегат "обслуживает" Есе рабочие позиции. В последних случаях возможна обработка поверхностей только с подачей, перпендикулярной к плоскости транспортирования заготовок (например, при установке заготовок-на планаайбе поворотного стола с вертикальной осью поворота - только при вертикальном расположении спинделей с инструментам!).

Последовательность разработки технологической компоновки, представленная на рис.7, поэтапно хоропо отработана, и содержание этапов достаточно известно. На первом этапе для каждой поверхности (группы одинаковых поверхностей) назначается технологические переходы, последовательность их выполнения, определяются припуски на обработку, промежуточные размеры и допуски на них, выбираются ревущие инструменты и условия обработки. При этом руководствуются типовыми набора!'.:! технологических переходов и экономически достижимыми классами точности, а также технологическими возможностями силовых узлов и их оснащения.

На втором этапе выб!фнотся базы заготовки и принципиальная схема базирования, которая определяется геометрической формой детали, расположением обрабатываемых поверхностей и их координатной (размерной) увязюэй между собой и по отношения к необрабатываемым поверхностям. При этом учитываются также жесткость заготовки, возможность ее надежного закрепления и выбирают места ее прижима к базам. Схема базирования в дальнейшем уточняется в процессе проекпфования станка.

При разработке предварительной схемы обработки выполняется последовательное группирование намеченных технологических переходов обработки поверхностей:

- рассматривается возможность объединения технологических

переходов для обработки соосных поверхностей одним комбинированным инструментом; •

- группируются переходы для обработки поверхностей, расположенных с одной сторо!ГЫ детали (с параллельными осями), для выполнения их одной шпиндельной насадкой (коробкой) с одним приводом от одного силового агрегата (определяется общее число агрегатов на станке);

- выбирается схема обработки глубоких отверстий (одним силовым агрегатом с многократными выводами инструмента на одной рабочей позиции) или дифференциация (разделение) длины отверстия на части и последовательную обработку этих частей наказных позициях;

- определяется общее число рабочих позиций обработки (операционных станций). Если все поверхности обрабатываются за один переход и удовлетворяются условия получения требуемой производительности, а также при необходимости обработки заготовки с нескольких сторон баз переустановки, принимается однопоз-ционная компоновка станка с установкой заготовки в стационарное приспособление, смонтированное

Рис.7. Общая последовательность непосредственно на стани-проектрования ¡технологической не. Пр; однопереходной сб-коыпоновки агрегатного станка работке детали с болыпш

числом равномерно расположенных по окружности поверхностей принимают компоновку с поворотным столом и установкой заготовки в центре планшайбы, с одним или несколькими силовыми агрегатами. При многопереходной обработке поверхностей, а также при необходимости получения высокой производительности используют многопозиционную обработку с установкой заготовки в приспособлениях, закрепленных по периферии планшайбы поворотного стола;

- после распределения технологических переходов по рабочим позициям, операционным станциям, силовым агрегатам (шпиндельным насадкам) и шпинделям (с комбинированным или однопереходным инструментами) выбирают типы (компоновки) силовых агрегатов и их технологического оснащения, определяются для каждого силового аг-.регата вид циклограммы работы с очередностью рабочих и вспомогательных ходов. •

Для разработанного варианта технологической компоновки станка рассчитываются параметры режима резания: подачи, скорости резания и частоты вращения шпинделей, определяются длины рабочих ходов, действующие силы, крутящие моменты и мощности резания. Подбираются типоразмеры силовых агрегатов и расчетные значения параметров режима резания согласовываются с их техническими характеристиками. Этап расчета режимов резания является одним из наиболее ответственных в процессе проектирования агрегатного станка, таге как именно их уровнем определяется окончательно производительность и экономичность работы станка, достигаемая точность обработки и возможность реализации предварительно разработанной схе:£Ы обработки.

Сложность расчета режимов рез&чия для агрегатных станков заключается в большом разнообразии их компоновок, сложности структуры технологического процесса обработки на них» которая обусловлена не только применяемыми методами формообразования и высоким уровнем концентрации технологических переходов, но и существенной неоднородностью группируемых переходов по• их типам, требованиям качества и размерам обрабатываемых поверхностей. Расчет реяголов резания для агрегатных станков обусловливается следующими особенностями.

1. Ограничением режимов резания допускаемыми для используемых силовых узлов нагрузками: суммарным усилием подачи, крутящим моментом на выходном валу и мощностью резания.

2. Понижением жесткости несущей системы станка вследствие, с одной стороны, больного числа соединений (подвижщк и неподвижных

í

"стыков"), стесненности компоновки и, с другой - повышенной концентрации нагрузок на заготовку при одновременной обработке многими инструментам;!.

3. Дискретными (ступенчатыми) рядами частот вращения шпинделей, подач и длин перемещений рабочих органов силовых агрегатов, что требует согласования расчетных значений этих параметров с возможностями силовых узлов {особенно это относится к кулачковым пинольным силовым головкам).

4. Необходимость учета группирования режущих инструментов: . а) при одноинструментной обработке режимы резания наиболее близки к оптимальным (расчетным), так как в этом случае их необходимо согласовывать только с возможностями силового узла и стойкостью, определяемой режимом замены инструментом наладки; б) при обработке комбинированным инструментом особенность подбора режимов резания состоит в установлении общей частоты вращения п и подачи So для всех технологических переходов, выполняемых этим инструментом; в) при обработке с установкой инструментов в шпиндели насадок или коробок настраивается одинаковая для всех инструменов минутная подача SM, обычно равная наименьшей из расчетных (Su * SMmin); г) при многопозиционной схеме обработки возникает задача синхронизации длительности циклов работы всех силовых агрегатов, что осуществляется занижением режимов резания на нелимитирувдих позициях (менее предпочтительно) или более рациональным построением технологической компоновки.

5. Необходимостью учитывать очередность смены инструментов и способы их настройки после замены, что влияет на выбор периодов стойкости режущих инструментов при назначении скоростей резания и предопределяет необходимость их выравштания при расчете по отдельным группам инструментов и станку в целом. Обычно для arpe-' гатных станков назначает стойкость инструментов Т-100...150 шш резания (примерно около смены работы в календарном времени), так как имеется ввиду одновременная замена вctx инструментов, что вызывает необходимость выравшшанкя стойкостей. В то же время возможны и другие схемы замены инструментов, напргмер по определенному графику блоками (с одной шпиндельной насадки) или дате отдельными инструментами, что может оказаться более эффективным, особенно при большом числе инструментов на станке и повышенной сложности их наладки. Нами выполнено сравнение по производительности и себестоимости единичных операций свер ения в чугунных корпусных деталях (d»10.7 мм и 1=21.5 мм, что отвечает модальным

значениям этих параметров при обработке на агрегатных станках) при различных стойкостях и количестве одновременно сменяемых инструментов, данные которого приведены на рис.8 (кривые 1...7 показывают изменение длительности обработки при одновременной смене 1,3, 6, 10, 15, 30 и 50 инструментов, а кривые 8...14 - соответствующее изменение себестоимости выполнения операции). Кривые построены в соответствии с полученной при корреляционном анализе зависимостью:

С - 1.5-[т + ^(.и--— + 0.00035»Т)] + ,

где пи - количество одновременно сменяемых инструментов; -. время на смену инструмента при вынужденной замене, мин; 10 - основное время, мин; х - время, затрачиваемое на операцию, мин (при номинальном фонде времени за смену 480 мин и коэффициенте использования номинального фонда 0,8.!.0.82).

В случае одновременной замены пи>6 инструментов производительность обработки (кривые 1...7) выражается экстремальными зависимостями и, следовательно, существуют некоторые пределы стойкостей режущих инструментов, при выдерживании которых производительность формообразования будет наивысшей. С другой стороны, зависимости, выражающие изменение себестоимости единичных операций имеют неярко выраженный экстремальный характер, особенно при пи<6, и поэтому установление интервалов стойкости инструментов, работающих в технологических системах на основе агрегати-рованного оборудования, более корректно выполнять по производительности формообразования. ,

На этапе оценки производительности разработанного варианта технологической компоновки уточняют длины рабочих и вспомогатель-

0.53

1.5

О 200 400 600 ^ Ш1Н

1000

Рис.8. Характеристики единичной' операции сверления чугунных корпусных деталей ■

ных ходов всех цшаювых ыеханвзмов, рассчитывают длительность циклов уалов, составляют общую щшогр&чму станка, по которой определяют полное время щша его работы, а по этоиу времени с учетом числа одновременно обрабатываемых деталей (Пд) и коэффициента использования (загрузки) станка % >.0.9) - стучную про-

изводительность:

Озтв3600»кИ'Пд/1ет> Дет/час.

Определение 1пт зависит от варианта структуры процесса обработки.

1. Обработка на однопозиционном станке одним или несколькими силовыми агрегатами пл деталей или с пу переустановками. По лимитирующему времени цикла работы силового агрегата получаем

1у-Пд[ЬБ+(Пу-1)1п+1э],

где 1у - время на установку заготовки; 1В - время выгрузки готовой детали; 1п - время переустановки заготовки из одного положения в другое; - вреыя установки новой заготовки.

2. Обработка деталей в центре планшайбы кногопозиционного стола с числом позиций деления г. В этом сйучае

1ЕГГ-1У+2(1ц+1Д) ,

где 1у1вНв. а 1д - время поворота стола на одну позицию.

3. Обработка на шгагопозицшннш станке с установкой в одном иди нескольких положениях одной или одновременно нескольких заготовок в приспособлениях по периферии планшайбы поворотного стола:

^СГГ* (Ьц+1д)/Пд (обычно 1у<1ц) .

Этап корректировки технологически ксшоновки' станка (см.рис.7) выполняется, если в результате перерасчета режимов обработки не обеспечивается требуемая производительность, или недостаточна мощность, или суммарное усилие резания превосходит допустимое для выбранного силового агрегатам т.п. При этом корректировка начинается со схемы обработки (технологической компоновки станка).

Рассмотрев особенности технологии обработки в агрегатирован-кых технологических системах, мсезно сделать аидущие выводы. 1. Особенности технологического проектирования металлообработки на агрегатных станках проистекает из того, что обработка на них ведется при неподвижной заготовке, а все рабочие и установочные перемещения, даже при необходимости получения сложных сочетаний исполнительных движений, осуществляются инст /ментом. 2. Предварительный выбор принципиальной схемы _ базирования, определяемый геометрически формой заготовки, расположением обрабатываемых по-

верхностей и их координатной увязкой, должен учитывать также жесткость заготовки, возможность ее надезшого-закрепления и стабильность обеспечения технологической надежности, точности обработки и т.п. 3. Разработка предварительной схемы обработки, являясь особенно трудоемкой и оригинальной для данного класса оборудования , строится на принципах концентрации и дифференциации технологических операций и преследует цель, с одной стороны, обеспечения требуемой производительности обработки, а с другой - достижение оборудованием характеристик в соответствии с принятыми при проектировании критериями (или максимальная производительность формообразования, или минимальная металлоемкость, или минимальная занимаемая производственная площадь и т.п.). 4. Расчет режимов резания при обработке на агрегатных станках отличается спецификой, определяемой возможностями стандартных силовых узлов, пониженной жесткостью несущей системы станка, дискретной настройкой конечных перемещений рабочих органов, необходимостью учета группирования режущих инструментов, очередностью смены инструментов и особенностями их настройки. 5. Решение задачи разработки технологической компоновки агрегатного станка является многовариантным и включает в цикл проектирования этап корректировки предварительно выбранной схемы обработки, которая может быть задействована при необеспечении требуемой штучной производительности обработки.

6. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАЛАДОК МНОГОПОЗИЦИОННЫХ АГРЕГАТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Агрегатный станок как технологическая система имеет иерархическую структуру. Каждый станок представляется некоторым множеством позиций обработки (ПО), каждая позиция - множеством размещенных на ней ("обслуживающих" ее) силовых агрегатов (СА), каждый силовой агрегат - множеством режущих инструментов (РИ), каждый режущий инструмент - множеством реализуемых им технологических переходов (ТП):

АС-ШО*}, г-1...6, ПОв^СА}}, 1-1...1е, СА1-<РИ^>, 3-1. .Ль

рифтах), к-1...к*. (2.1)

Кроме структуры АС к фактуальным знаниям относятся также проектные параметры, характеризующие свойства составляющих струк-

туру элементов и их взаимосвязь. На значения параметров могут накладываться ограничения: особенно типична ситуация, обусловленная принципом унификации, когда параметр мажет принимать значение из некоторого заранее заданного конечного множества.

При проектировании технологических процессов обработки деталей на АС широко используются различные марки инструментальных материалов (МИ), инструменты с нестандартной геометрией и пр., позволяющие интенсифицировать процесс резания, что бывает необходимым при решении задачи повышения (достижения) требуемой производительности. Применение различных форм заточки (ФЗ) инструмента позволяет эффективно влиять на параметры процесса резания. В итоге количественными параметрами инструмента являются: главный угол в плане <?, передний угол а, задний угол т, угол наклона стружечной канавки ш, число зубьев 43:

BÍ - <Ш, <18, ф, «, т,'«, 43} Технологическая компоновка агрегатного станка определяется с одной стороны структурой позиционирования заготовок в цикле работы станка, а с другой - составом выполняемых технологических переходов (ТП) и способом их группирования. Количественными параметрами ТП являются подача S, скорость резания V, частота вращения п, время реванш tp, усилие резания Рос, крутящий момент Мкр, модность резания N:

ТП - -ЛИ, S, V, n, tp. Рос, Мкр, Н>. Обрабатываемая на АС деталь (Д) может быть описана множеством сторон обработки (СО), каждая сторона обработки - множеством групп соосных поверхностей (ГП), каждая группа поверхностей -множеством элементарных поверхностей (ЗП):

Д - <СОп>, п-l...N, СОп- ЧГЦп>, п-1...Ып, ГПщ- <ЗП1>, 1-1...Un-Количественными и качественными параметрами детали являются: парка материала (Ш), способ получения заготовки (3), твердость иахераала (ИЗ).. предел прочности материала (бв):

Д - <Ш, S, НВ, бв>. Количественными параметрами 31 являются: диаметр отверстия D (дяа цвлнздраческмх поверхностей), длина поверхности L, ширина поверхности В (для плоских поверхностей), ваг резьбы SH (для резьбовых поверхностей), угол конуса U (для конических поверхностей), сгрохоЕЗтость поверхности RZ, квалитет точности JT. К ка-v¡sct&£H£&í пара^етрал SO отнесены: условия на входе ВХ (например.

"Поверхность на входе механически обработана") и выходе ВЫХ (например, "Поверхность на выходе механически обработана"): ЭП = ■№, Ь, В, БН, и, т., Л, вх. вых>

Вся перечисленная иформация представляет собой фактуальные знания процесса проектирования технологических компоновок (инструментальных наладок) агрегатных станков. Процедурные внания исследуемой проблемной области составляет комплекс методик, используемых при проектировании ТК АС, задача моделирования системы которого может быть отнесена к классу задач расширения знаний о существующих системах с целью повышения их эффективности. В. качестве цели, достигаемой в процессе моделирования, выбрйна оценка эффективности проектных решений и пути ее повышения. Для этого, используя системный принцип декомпозиции, процесс проектирования ТК АС (сложная система) разделен на ряд проектных процедур (элементы системы), что позволило представить модель сложной системы, состоящей из моделей элементов системы и модели взаимодействия между ними. На данном этапе в соответствии с общепринятыми нормами технологии машиностроения сформирована модель элементов системы в виде модели "черного ящика":

у = Ф(х), х е X, уеУ, где X - множество тзходов системы (параметры обрабатываемой" детали, технические требования к проектируемся стапку); У - множество выходов системы (тип компоновки станка,- число силовых узлов, инструментов и технологически переходов, реализующих процесс обработки, подача, скорость резания, частота вращения, усилие резания, крутящий момент, мощность и время резания); Ф - неизвестная функция преобразования входов х в выходы у.

В такой постановке может быть получено достаточно корректное технологическое решение, так как'в математической модели учитывается большое число варьируемых факторов (всего 16). Однако это достигается при большом числе итераций методом "проб и ошибок", и поэтому расчетную систему из модели "черного ящика'.' необходимо преобразовывать в модель состава элементоз системы (модель "просветленного ящика"): у - Ф'(х),

где Ф'- функция преобразования входов X в выходы У, известная с точностью до параметра (в виде упорядоченной последовательности действий).

И наконец, в соответствии с общепринятыми канонами необходимо исследовать характер изменения фиксируемых (управляемых) параметров на выходе У при различных управляющих воздействиях на па-

раметры входов X, что позволит достаточно подробно описать состав и структуру информационных потоков изучаемых проектных процедур, выделить из множества входов системы управляемые и скорректировать модель состава элементов системы до модели "белого ящика":

у « Ф'(V, и, ю, уе V, и е и, где V - неуправляемые входы системы, и - управляемые входы системы (параметры комплекта режущих - инструментов, допускающие варьирование: материал режущей части, форма заточки; состав и последовательность технологических переходов), Я - управляющее воздействие (комплекс методов управления входными параметрами по результатам анализа выходных).

Анализ параметров, входящих в формулу определения оценочной функции, которой в данном случае является стоимость комплекта режущего инструмента Си-ГОс),

Син -1Г1

£ (Соп(Сз^ +Сп^)■Кперз)•1резз•д

Тпр4•(Кпер1+1)-пб}'БбЛ

М- / 100

• (»1-1) • /-

(д-1) ЧТпр-100)

показывает, что их значения определяются типом режущего инструмента и его исполнением (маркой инструментального материала МИ, формой заточки 38): оптовая цена инструмента Соп - ПРИ, МИ, ©3); число допустимых переточек инструмента Кпер » ПРИ, ФЗ); базовая подача инструмента для данных условий обработки Бб » Г(МИ, ФЗ); минимальная частота вращения инструмента, обеспечивающая заданную производительность пб - Г(МИ, 28); затраты на заточку инструмента Сз - Ийв); затраты на подналадку инструмента Сп - ПРИ); предельно достижимое значение стойкости для данных условий обработки и типа инструмента Тпр - Г(МИ); эмпирически определяемый показатель степени ц - Г (МИ).

Очевидно, что существование пределов варьирования параметрами МИ и 43 позволяют принять их в качестве управляющих факторов разработанной системы управления (рис.9) проектными параметрами процесса резания на ранних этапах проектирования АС среднего размера: I? - <1?1, 1?2>, 1?1 - <МИ>, Кг = «в>.

Невозможность оценки эффективности рассматриваемого варианта структуры и параметров процесса обработки в традиционном проектировании. при переходе к автоматизированному проектированию должна бить преодолена использованием методики формирования множества к аппарата их сравнения и, следовательно, проектирова-

о

ние долгою носить итерационный характер. Модель поиска эффективного варианта структуры и параметров ТК АС организуется как последовательность итераций по числу конкурирующих вариантов технологического'процесса обработки детали. Каждая итерация включает:

U

Параметры силовых агрегатов

U1 Соя

U2 Сз

из Са

U4 Епэр

"5 Тор

U6

Параметры

ГРССЗ

[!ЙфЗ У2

tin УЗ

Параметры

режущих инструментов

технологических переходов

S V п Рос

tp

У4

У5

Уб

У7

У8

У9

R2 Ri <зз Выбор управляющего воздействия

Рис.9. Схема функционирования управляемой cucmsm определения проектных параметров процесса резания на АС

синтез варианта структуры; генерацию варианта режимов резания; проверку этого варианта по условиям ограничений, связанных с требованиями заказчика по применению режущего инструмента; выбор варианта режимов резания с лучшим показателем эффективности F3.

Окончательное решение находится по общему показателю эффективности из множества вариантов структуры, каждый из которых оказался наилучшим по параметрам режимов резания (рис.10), т.е. формальная постановка задачи поиска этого варианта ТК АС

Fs - opt, О® > Q3.

После расчета для генерированных структур Ъптимальных параметров режимов резания осуществляется ранжирование структурно-па-

Начало ^

Формирование варианта структуры

Расчет параметров режимов резания

Расчет производительности станка 0 и такта выпуска детали т

Расчет себестоимости обработки ' Сэ

—7

Достигнута Сэска для заданных МИ и ФЗ лимитирующего инструмента

!-Вы£?о

14-Выбор да <иной МИ или>-

нет

( Конец ^

О

Сокращение такта выпуска детали х « т • 0.95

Корректировка частоты вращения лимитирующего инструмента

-10-

Расчет календарной стойкости лимитирующего инструмента Т

Условие 0 > Цз путем / интенсификации режимов выполнить невозможно! у

-15-

Выбор управляющего воздействия И &1-<МИ>, {?2«<(КЗ}

®

Рис.10. Алгорипы поиска эффективного варианта структури и параметров инструментальной наладки АС

рачетрических вариантов инструментальных наладок по показателю эффективности (в большинстве случаев лучшим является вариант с меньшими эксплуатационными затратами) и проектировщику выдается информация для дальнейшей работы в виде таблицы ранжированных вариантов технологической компоновки.

Рассмотренная методика проектирования инструментальных наладок многопозиционного агрегатированного оборудования позволяет сделать следующие выводы. 1. Проектирование многоинструментальных наладок многопозиционных агрегатных станков является многовариантной задачей, решаемой расчетной системой, в основе которой заложено большое число неопределенностей, однако все знания в ней четко разделены на процедурные и фактуальные. 2. На основе этой расчетной системы разработан алгоритм проектирования по принципу "черного ящика", в котором учитывается 16 факторов, вытекающие из технологии обработки и зависящие от обрабатываемой детали, инструмента и формообразуемой поверхности. 3. Управляемая система определения параметров процесса резания, построенная на основе двух управляющих воздействий (изменении инструментального материала Ш и формы заточки <ЕЗ), позволяет существенно сократить число итераций и в большинстве проектных ситуаций экономичнее обеспечить достижение требуемой производительности обработки. 4. Разработанная подсистема проектирования инструментальных наладок (технологических компоновок) многопозиционных агрегатных станков позволяет легко встраивать ее в САПР АС.

7. УЗЛЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА АГРЕГАТНОМ СТАНКЕ

Разработанная технологическая компоновка агрегатированного оборудования устанавливает принципы взаимодействия инструментальной наладки и комплекта заготовок, находящихся в зоне обработки станка (рис.11). Иными словами, устанавливаются структура и параметры технологического воздействия на заготовку ( количество инструментов в зоне, на каждой позиции обработки, в каждом силовом агрегате, их виды и сочетания, длины перемещения, режимные характеристики ( для обеспечения требуемого формообразования. Следующим этапом проектирования является конструкторская реализация технологической компоновки, в результате которой будет осуществлена требуемая многоинструментальная обработка (проектирование шпиндельных узлов) неподвижной в процессе формообразования заготовки

Рис.11, укрупненная структура агрегатного станка

(система элементов базирования и закрепления заготовки, составляющая комплект установочно-зажимных приспособлений УЗП).

Шпиндельные узлы, устанавливаются как на силовые столы, так и на силовые головки (силовой узел определен при разработке технологической компоновки по таким характеристикам, как мощность резания, величина суммарного осевого усилия в процессе обработки, длина хода инструментов и т.п.), обеспечивая осуществление разработанного технологического процесса обработки детали. При оснащении станков силовыми столами шпиндельные узлы являются необходимым элементом компоновки и обеспечивают главное движение инструментов наладки. При 'компоновке с силовыми головками они расширяют технологические возможности силовых агрегатов.

. Шпиндельные узлы предназначены для обеспечения многоинстру-ментадьной обработки на рабочих позициях; настройки (в сравнительно узких пределах) кинематических цепей на рассчитанную частоту вращения шпинделей, в которых установлены соответствующие инструменты; расположения инструментов в требуемых координатах' стороны обработки заготовки; расширения технологических возможностей агрегатированного металлорежущего оборудования. Эти узлы классифицированы по технологическому на; .¡ачению, передаваемой мощности, габаритным размерам, числу рабочих органов и т.п. Практически их классификация полностью вписывается в классификацию механизмов главного движения силовых агрегатов. Из часто применяемых шпиндельных углов для.оснащения силовых головок можно выделить многошпиндельные насадки, механизмы обратного хода (вертикальные и горизонтальные), механизмы двухсторонней обработки, мосты, фрезерные насадки и расточные приспособления. Для силовых столов - это многошпиндельные коробки, сверлильные, резьбонарезные, фрезерные и расточные бабки, механизмы обратного хода и мое-

та. К навесным праспссобяешгям таже относятся подвижные кондукторы для-направления кнструкентов в процессе обработки и устройства для контроля целостности инструментов.

Рассматривая узлн технологического оснащения силовых агрегат тов, следует признать, что основная масса их имеет в качестве оригинального для каждого станка решения только конструкторскую компоновку, в основном связанную с расположением и кинематическими характеристиками шпинделей и промежуточных валов, передающих движение шпинделям от источника энергии. В задании расчетчику приведены схема расположения шпинделей в соответствия с . разработанной для каждого силового агрегата технологической компоновкой и направляющих скалок (если они есть), положение узла (горизонтальное, вертикальное или наклонное), выполняемые каждым шпинделем технологические переходы и действующие при этом технологические нагрузки, рекомендуемую частоту вращения каждого шпинделя, размеры отверстий в шпинделях под установку режущего или вспомогательного инструментов и т.п. В результате расчета определяются координаты шпгшделей и промежуточных валов, размеры II число зубчатых колес, диаметры шпинделей я промежуточных валов, конструкторские схемы компоновки шпиндельных узлоз и узлов промежуточных валов, выполняются все расчеты на прочность.

Совершенствование и развитие принципа агрегатирования в том, что касается многошпиндельных узлов силовых агрегатоз, заклачает-ся з расширении их номенклатуры, апробации п, в значительной степени, унификации хорошо зарекомендовавших себя конструкторских решений, поиске путей уменьшения габарзггоз и снижения металлоемкости, упрощения кинематических схем для уменьшения потерь, повышение долговечности и надежности в работе. Одно из направлений дальнейшего совершенствования -. повышение уровня унификации элементов и сборочных единиц, из которых собираются многсашинделыше узлы.

Особое Ениггание при проектировании узлоз технолопгаесгсого оснащения агрегатная станков уделяется раз работ;:;? конструкций ус-тановочио-зажимных приспособлений (УЗП). Во-первых, функциональным назначением УЗП является, с одной стороны, надежное базирование заготовок, что во многом определяет точность обработки и стабильность этой точности, а с другой - приспособление обеспечивает надежное закрепление заготовок в процессе обработки, что при неверном решении, учитывая многоинструментяссть обработки и стой-костныэ особенности многошютрументальной наладки,а также условия

интенсивной эксплуатации и не всегда своевременного и качественного обслуживания, может привести к постоянным сбоям в работе. Во-вторых, к атому агрегату, как ни к какому другому, предъявляется требование минимизации габаритов, так как от количества размещаемых на планшайбе поворотно-делительного стола приспособлений зависит позиционность обработки и, следовательно, уровень концентрации операций, т.е. производительность и комплексность обработки. Все эти функциональные особенности проявляются на фоне необходимости обеспечивать достаточные жесткость, быстродействие, доступность для обслуживания, требования безопасности работы и т.п.

Устанозочно-зажимные приспособления агрегатных станков являются сложными, функционально самостоятельными узлами, состоящими из определенного ограниченного . набора функциональных элементов (рис.12). Одним из основных функциональных элементов является корпус, объединяющий в одно целое углы и детали приспособления. Это - наиболее трудоемкая при проектировании и изготовлении деталь, к которой прежде всего предъявляется требование минимизации габаритов. Следующий по сложности элемент, условно названный "базы" - совокупность деталей, предназначенных для базирования заготовки, который реализует выбранную теоретическую схему базирования. Функцию закрепления заготовки в приспособлении для обеспечения ее неизменного положения под действием сил резания выполняет элемент "узел зажима", в который входит основной механизм (клиновой, рычажный, эксцентриковый или их комбинация), передающий и преобразующий силу зажима, развиваемую приводе»« (пневмо-, гидро-или электромеханическим), к элементам, непосредственно контактирующим с заготовкой и прижимающим

Рис.12. йуикцизяалъваа слрукпура приспособления АС

ее к базовым элементам. Приспособления закрепляют на плазиайбе поворотного стола или на станине с помощью элементов ориентирования, основным признаком принадлежности к которым является наличие одновременного контакта с корпусом приспособления и планшайбой (станиной).

Алгоритм проектирования УЗП агрегатных станков практически не отличается от принятого в ранее выполненных исследованиях. Однако на каждом этапе проектирования решается некоторые оригинальные задачи, вытекающие из разработанной общей методологии. При выборе схемы базирования заготовки в принципе оперируют видами баз, приводимыми в ГОСТах: установочной (У), направляющей (Н), двойной направляющей (Д), двойной опорной (Ц) и опорной (0) или угловой (П). Особенности эксплуатации агрегатированного технологического оборудования вызывают необходимость уточнения схемы базирования, что предусматривает принятие комбинированных схем и направлено на повышение надежности работа станков. С учетом расположения опорных течек в пространстве любую схему базирования мкзго привести к одной из пяти: УНО - схема базирования призматического тела; УЩ - короткого и ДОП - длинного тел вращения; ДЦ -деталей в форме изогнутых тел вращения или составлензгых из тел вращения с перпендикулярными осям:!; ЦЦН (НЩ) - деталей, не имеющих достаточных базовых плоскостей и длинных тел вращения. Калдая из рассмотренных теоретических баз в конструкции затазошх приспособлена агрегаткьгх станков реализуется различными по фермэ, рас-полежешео, числу и другим параметрам базовыми.деталями,обеспечивающими соответствугцее число опорных точек, их взаимное расположение и, з конечном счете, требуемое положение заготовки в процессе обработки. _

Общий алгоритм проектирования УЗП агрегатных станков включает в себя

- уточнение схеш базирования заготовок, принятой на этапе разработки технологической компоновки, и выбор гашетрукшш базовых деталей;

- вкбер конструкторской схемы прзгвода и узла зашгма приспособления;

- расчет ■ погрешности установки заготовок для наиболее точных размеров деталей, поучаемых на станке;

- расчет надежности зажатия заготовок для на2!более нагругин-ных вариантов обработки при коэффициенте надежности 1.5...2.5;

- компоновка, включающая в себя окончательную проработку

конструкции всех узлов, деталей и, особенно, корпуса с учетом позиционности обработки на станке, т.е. размеров "выделенного" сектора планшайбы поворотно-делительного стола (угол « и длина хорды и, что такее предполагает многовариантность решаемой задачи;

- выполнение расчетов деталей приспособления;

- окончательное оформление сборочного чертежа приспособления и спецификации, проектирование оригинальных деталей.

Дальнейшее совераенствование процесса производства агрегатных станков должно решаться путем расширения системы унифицированных конструкций узлов, расширением меню схем оригинальных агрегатов и, в первую очередь, заглмных приспособлений, как наиболее трудоемок в проецировании и изготовлении. В настоящее время уразработан комплект унифицированных приспособлений, рассчитанный на установку достаточно вирокого по геометрической форме и габаритным размерам класса заготовок. Эти приспособления скомпонованы на базе двух унифицированных наборов зажимных механизмов с центрирующим шш садэустанавливающимся двухсторонним клином и двумя рычагами. В комплекте девять приспособлений, различающихся характером установки и закима заготовок и габаритами, а также способом разведения рычагов в исходное положение для- снятия и установки заготовок.

Перспективным направлением унификации установочно-затамных приспособлений агрегатных станков является дальнейшее расширение комплекта унифицированных деталей и узлов, из которых они собирается, разработка унифицированных заготовок для корпусов и других деталей, а в дальнейшем переход на создание сборно-наладочных приспособлений, полностью собираемых из унифицированных элементов с частичной их дообработкой в случае необходимости.

рассмотренные особенности проектирования узлов технологического оснащения при обработке на агрегатных станках с точки зрения методологии совершенствования принципа- агрегатирования позволяют сделать слздущие выводы. 1. Узлы, расширяющие технологические Богггхшостн ггрегатированных технологических систем металлообработки и обесвечивдизие надежное протекание процесса обработки в веська интенсивных условиях эксплуатации, занимают основной объем в ярудоглгссети проектирования н изготовления этого оборудования.

Прц проектировании этих узлов реаается ыноговариантные кон-структорско-технологические задачи, направленные на снижение металлоемкости, уиекьсекие габаритов, повышение технологичности и в условиях эксплуатации. 3. В то ае вреш разработка

конструкторских penamtö и компоновка многочщинделькых узлов и УБП агрегатных станков в прннщте не отличается от стандартных процедур проектирования. 4. Перспеотивным направлением при создании узлов технологического оснащения агрегатных станков является расширение их типовых компоновок (меню) и унификация на пути расширения комплектов унифицированных деталей и узлов, из ютсрых это оснащение собирается, и работы по совершенствованию процесса изготовления, особенно корпуснкх деталей. ■

а. ОПТШИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ РЯДОВ УНИФГЩИРОВАННЫХ

элементов агрегатных станков

Основными агрегак^Я, Предопределяющими уровень зффективнос-ти агрегатных станкШ я автоматических линий, являются силовые узлы, обеспечивающие рабочие и установочные перемещения режущих инструментов. Большое разнообразие конструкций агрегатных станков, вызванное широкой номенклатурой обрабатываемых заготовок, обусловило и соответствующее разнообразие констругадей применяемых силовых агрегатов, целесообразность использования которых определяется технологическими требованиями к станку (технологической компоновкой), его назначением, особенностями конструкции и традициям! проектирования и изготовления. Осноеной причиной многообразия конструкций силовых агрегатов являются рззлзгшно и порой противоречивые технологичеаетэ требования.

Второй группой полностью унифицированных элементов являются поворотно-делительные столы, обеспечивающие автоматическую работу многопозиционных агрегатных станков и автоматических линий с круговым транспортированием заготовок по технологическому циклу многопозиционной обработки. Эти агрегаты предназначены для транспортирования обрабатываемых заготовок между позициями обработки (операционными станциями) станка и точной фиксации (позиционирования) их относительно заранее настроенных з этих позициях режущих инструментов. После окончания цикла транспортирования и фиксации планшайбы с приспособлениями и заготовками в рабочей позиции стол продолжает участвовать в процессе обработки, так как он является одновременно базовым узлом: входит в несущую систему станка.

К остальным элементам несущей системы агрегатных станков относятся корпусные и базовые детали, обеспечивающие требуемое вза-

кшос расположение ваготовки и режущих инструментов в процессе обработки: станины, стойки и подкладки. Подавляющее большинство элементов несущей системы унифицированы, т.е., иными словами, ре-щепы задачи оптимизации параметрических рядов их типоразмеров. В качестве примера в табл.2 приведены некоторые параметры гаммы поворотно-делительных столов, используемых в агрегатных станках малого и среднего размеров.

Таблица 2

Оснознне параметры столов агрегатных станков

- Агрегатные станки

¡.¿алога- барит- кые Остальные

4-й габарит 5-й габарит 6-й габарит

нт/пт нт нт/пт нт/пт

Диаметр планшайбы, мм 500 500 630 800

Наибольшая масса устанавливаемых приспособлений, к ¿СЮ/250 400 630/400 800/500

Число позиций 2...12 2...12 2. ..12 2...12

Время поворота на одну позищш, с 1.3 9...2 12...2 18...2

Точность позиционирования угловая, " линейная на радиусе ф:ксацни, ш 20/12 0.02 И. 012 20 0.02 16/10 0.02 У.012 12/8 0.02 0.012

Рассмотрим более подробно методику оптимизации парчметричес-юго рада плоскокудачковых алеетромеханичеоак силовых головок шиольного типа, пироко применяемых при компоновке агрегатных станков среднего размера. Эти головки характеризуются рядом тех-ЕагогЕчеасж н конструктивных параметров, определяющих кинематические , разиериыа к энергетические (прочностные) возможности их ксасш>Е10занкя. Кинематические параметра головок являются ряды частот Бразешш ппинделя н подачи пиноли, которые настраиваются с палзоа сменных алеиэатоя кинематических цепей в достаточно широ-15си диапазоне. Эцергеткч&гк^ возшдности определяются предельней

осевой силой на пинали Рсьах. крутящим моментом на шинделе МкР, который, в"свою очередь, зависит от мощности, установленного электродвигателя N3. Основными характеристиками, определяющими размерные возможности использования силовых головок, являются наибольший диаметр обработки сЗ^ах, диапазон возможных длин рабочих ходов инструмента Ьрх и полный ход пиноли Ь.

Первым этапом решения задачи оптимизации параметрического ряда является статистический анализ использования основных характеристик в сложившейся ситуации, результаты которого для плоскокулачковых электромеханических силовых головок пинольного типа представлены на рис.13, где креме перечисленных характеристик Ро,

0.25т ш/п

0.60

1000 2000 Ро, Н 4000

1-10* 2-10* ?-<кр, Н'ММ

0.20

40 I, мм 80

0.5 кр0 1.0

0.40т-т/п 0.200.10-О1-

0.5 1.0 1.5 Нр, кВт

0.20т пт/п О. 0.05+' О

■ ю-

• 0.5 кн 1.0

Рис.13. Анализ использования силовых головок АС

Икр, Ь анализируется испозъгсЕгже силовых уалез по мощности резания и осевой силе, т.е. приведены распределения коэффициентов кро=Ро/Ротах и кн-Мр/Мэ'И» где ц=0.в - К-П.Д. кулачковой силовой головки.

Средние значения осевой силы Ро»1156±118 Н, крутящего момента на шпинделе силовой головки Мкр-6731±822 Н-каа, мощности резания Np0.445i0.046 кВт, длины рабочего хода пиноли 1.рх-19.1±1.4 мм. Наиболее часто применяются силовые головки с длиной рабочего

хода шшоли 10...20 ш. Коэффициенты использования в сложившейся ситуации, когда в подавляющем большинстве случаев агрегатные сташи среднего размера компонуется на основе 5-го габарита силовой головки, по осевой силе кр0=0.3б3±0.036, по мощности установленных электродвигателей кн=0.402±0.032. Анализ распределения значений коэффициента кр0 показывает значительное недоиспользование силовых головок по осевой силе (в среднем на 672). В то же время около 51 головок работает в зоне с превышением допустимой нагрузки до 201. Использование модности установленных электродвигателей составляет в среднем 402, но в 4...57. случаев наблюдается превышение установленной мощности до 20...30%. Приведенный анализ свидетельствует о неэффективном использовании существующего размерного ряда (5-й габарит) кулачковых силовых головок, т.е. о его неоптиыалыюсти.

Наиболее вамаой и сложной частью решения задачи оптимизации на современном уровне является исследование и анализ конкретных условий производства, потребления и эксплуатации рассматриваемых агрегатов. Существенные параметры агрегатов, отличающие элементы ряда друг от друга к характеризующие каждый элемент ряда, могут быть функционально объединены комплексным параметром качества силовых головок, которым- является в данном случае условный диаметр сверления <3У - допустимый диаыетр' формообразования в сплошном материале (сверление) детали, изготовленной из стали с бв=600 МПа при нормативной стойкости инструмента. Наличие в ряду характеристик комплексного параметра качества, который ыохет быть принят основным, причем имеется возможность с достаточной степенью достоверности определить соотношение ыезду ним и остальными существенными параметрами, позволяет свести задачу к оптимизации одно-параыатрического ряда, а зависшзстн между основным и другими па-ра^этра^л установлены статистически, 'для чего были проанализированы характеристики 253 модификаций. силовых головок пятидесяти изготовителей.

Решение задача оптимизации параметрического ряда силовых головок состоит в той, чтобы найти минимум целевой функции по всем подшссшствам Г множества вариантов 1. Некоторые результату этого резетш приведены на рис.14, где для шести различных ьар^антоБ радов (1 - габарит 05; 2-04, Об; 3 - 03, 05, 06; 4-03, 04, 05, 05; 5 - 02, 03, 04, 05, Об; 6 - 01, 02, 03, 04, 05, С©) показано вменение. затрат на изготовление узлов техноло-Гкчгского ссзЕ£2Е£з 1, па изготовление станков 2, на эксплуатацию

оборудования 3 и измерение общих затрат 4, что является в данном решении целевой функцией. Проведенное исследование показывает, что оптимальные затраты обеспечгаает вариант параметрического ряда из трех силовых головок школьного типа габаритов 03, 05 и Об. Естественно, что с изменением конъектуры рынка условия проведения исследования могут существенно изменяться, что повлияет на конечный результат. Однако разработан и опробован на практике алгоритм оптимизации параметрического ряда электромеханических плоскокулачковых силовых головок пинолыюго типа, что позволяет сравнительно быстро получить достаточно хорошее для практической реализации решение.

Рассмотрение методики оптимизации параметрических рядов унифицированных элементов агрегатнрованных технологических систем мэталлообра-12 3 45 6 ботки позволяет сделать следующие

выводы. ■ 1. Унифицированные агрегаты Рис.14. ^сяемическиЯ анализ и элементы, составляющие основу аг-васиантов рядов регатных станков' и автоматических силовых готовок линий, з наибольшей мере влияют на

металлоемкость, энерговооруженность, занимаемую площадь, комплексность обработки и, з конечно}! итоге, эффективность работы этого оборудования. 2. В процессе проектирования на основе конкретных технически заданий для повышения эффективности агрегатных стаякоз должна решаться задача мкогозариантного выбора унифицированных элементов из имеющихся параметрических рядов, н, следовательно, методология совершенствования принщша агрегатирования при создании систем металлообработки включает в свой состав направление оптимизации параметрических рядов унифицированных элементов. 3. Решение задачи оптимизации параметрических рядов на современном уровне с достаточно высокой точностью и необходимой обоснованностью рекомендаций обеспечивается за счет ее конкретм-

зации, выявления зависимостей существенных характеристик, анализа функций спроса и затрат, выбора эффективного алгоритма решения. 4. фи решении задачи оптимизации параметрического ряда одного из основных элементов агрегатного станка - электромеханических плоскокулачковых силовых головок пинольного типа разработан алгоритм оптимизации, в результате чего получен ряд типоразмеров, включающий 03, 05, Об габариты агрегата. В соответствии с этим же алгоритмом результаты оптимизации могут быть уточнены при изменении конъюнктуры рынка. <

9. ОПТИМИЗАЦИЯ ТИПОРАЗМЕРОВ И КОМПОНОВОК АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

Разнообразие компоновок специальных металлорежущих станков является следствием множества решаемых технологических задач, разнообразия применяемого режущего инструмента, размеров и форм обрабатываемых заготовок. Разрабатывая компоновку каждого конкретного станка, необходимо учитывать особенности способов обработки и конструкций исполнительных элементов, которые могут существенно различаться по форме и характеристикам относительного движения формообразования. Значение этапа проектирования, на котором решается вопрос .компоновки специального металлорежущего оборудования, объясняется тем, что здесь наполняется реальным содержанием будущий станок, спроектированный для эффективного обеспечения требуемых производительности и качества обработки.

Разработка компоновки агрегатированной технологической системы распадается на несколько подэтапов. Прежде всего осуществляется проектирование технологической компоновки (выбор • элементной базы станка, разработка технологического маршрута обработки, ре-сение задач концентрации и дифференциации, построение циклограмм работы силовых агрегатов, выбор схемы базирования и закрепления заготовок и т.п.). Далее следуют подэтапы определения расположения в пространстве исполняющих рабочие и установочные конечные перемещения уалов и агрегатов, конструирование элементов несущей системы (станины и других корпусных деталей) и т.д. Все. эти вопроса ревавт наиболее квалифицированные проектировщики, руководствуясь в большнстве случаев опыте« и интуицией и определяя соответственно этим качествам основные предпосылки достижения требуемых качества станка в его технике-экономических показателей. Следует признать, что и до настоящего времени эта одна из наиболее аюхнхх гад&ч реазгтеа без разработки альтернативных вариантов.

В полной мере понятия качества компоновки и качества агрегатного станка отождествлять нельзя, так как .проектирование станка кроме всего прочего, как уже было сказано, базируется на традициях решения основных вопросов, к которым и относится разработка компоновочной схемы. В то же время потребитель оборудования сталкивается в процессе эксплуатации с конкретным станком, основные характеристики которого были заложены на первых этапах разработки компоновки. Для агрегатных станков это особенно важно, так как этот класс металлорежущего оборудования создается на базе унифицированных элементов и, следовательно, конструкция большинства агрегатов в малой мере влияет на качество каждого конкретного станка или, по крайней мере, это влияние носит систематический характер.

Наиболее яркие отличия в компоновке АС определяются габаритными размерами и системами приводов силовых узлов, которые выбираются по результатам разработки технологической компоновки. По этим признакам станки ХПО АС разделяются на малые агрегатные с электромеханическим централизованным приводом, имеющие индексацию ХММ, агрегатные на базе малогабаритных узлов с гидравлическим приводом - ХМА, агрегатные станки среднего размера - ХА, ХАА, ХГ, ХГА (в зависимости от системы приводов агрегатов и степени автоматизации). Следует подчеркнуть, что разработка нового класса аг-регатированного металлорежущего оборудования, к которому относятся малогабаритные станки ХММ, была полностью произведена ХПО АС.

Преимущества этих станков по сравнению с другими конструкторскими решениями: жесткая связь между исполнительными механизмами, исключающая потери на переходные процессы; высокая быстроходность малоинерционных механизмов, позволяющая поднять производительность почти в 2 раза по сравнению со станками среднего размера; простота системы управления; отсутствие преобразователей энергии; малое число комплектующих изделий и аппаратуры. Все это позволило сократить размеры станков и уменьшить их массу примерно в 2 раза.

Проектирование и изготовление малогабаритных агрегатных станков с централизованным приводом, анализ особенностей их эксплуатации позволили в соответствии с методологией совершенствования принципа агрегатирования наметить пути дальнейшего совершенствования этой компоновки. К основным недостаткам конструкции и компоновки можно отнести: большую протяженность кинематической цепи подачи, определяющую ее пониженную жесткость и ограничиваю-

пузо допустимую силу при резании; возникающую в связи с этим неравномерность подачи при малых скоростях; значительные потери на трение в механизме движения подачи из,-за значительного числа контактирующих и трущихся поверхностей; относительно большие потери времени на холостые перемещения, связанные с ограниченность» углов давления на участках вспомогательных движений кулачков и зависимостью скорости этих перемещений от рабочей подачи; относительно большие потерн времени в поворотных устройствах; трудность получения сложных циклов перемещений рабочих органов; малую длину перемещений. Над устранением всех этих недостатков'предстоит работать .

Анализ.агрегатных станков среднего размера показал, что наиболее часто они компонуются на круглой и полукруглой станина;;, имеют поворотный стол, а силовые агрегаты располагаются по кругу на монтажной поверхности станины, причем положение их может быть горизонтальное, вертикальное и наклонное (табл.3) в зависимости от -технологической компоновки. Число позиций поворотного стала (число установочио-зажимных приспособлений) обычно не превышает

десяти. Число силовых агрегатов, установленных на станине, может быть не равно числу рабочих позиций поворотно-делительного стола, так как на одной позиции может быть установлено до трех силовых агрегатов. Анализ компоновок агрегатных станков среднего размера показывает, что наиболее типичным является расположение силовых агрегатов горизонтально с осью, проходящей через центр поворотного стала - 44.72 . (со смещением на некото-

Таблица 3.

Схемы расположения силовых агрегатов в компоновках станков среднего размера.

Основная схема Варианты установки

по с по г по т

г-н ^jk «-0 / W

—t—t , Ось позиции \f*\ силового агрегате 1 с>90° /. г=0 т*о

0<а<90° U !/

0>в>-90 г г*0 V тю

рнй радиус г - 17.72). Далее по применимости идут станки с силовыми агрегатами, расположенными вертикально,-с плоскостью симметрии, проходящей через центр поворотного стола (23.4%).

Вопросы разработки наиболее рациональной конструкторской ксшюновки уникального агрегатированного металлорежущего оборудования исследованы в наименьшей мере. Предпочтительным было бы на-, лнчие аппарата разработки всеобъемлющей модели компоновки на стадии проектирования технологического процесса обработки. В этом случае предпочтительные технологические и конструкторские решения могли бы проходить своего рода экспертизу на основе принятых критериев оценки конечного результата, что исключило бы метод проб и сшибок при проектировании. При такой постановке можно было бы, разрабатывая конструкторскую компоновку, решать вопросы минимизации размеров (металлоемкости): для начала - уменьшение величины сектора (угол а), занимаемого одной позицией обработки, и минимизация длины инструментальной оси (Ьи), во многом определяющей радиус станины.

Рассмотрение типоразмеров и компоновок агрегатных станков позволяет сделать следующие выводы. 1. Вопросы выбора рациональной компоновки специального оборудования в современных условиях наиболее важны, так как, во-первых, определяют основные потребительские и эксплуатационные характеристики; во-вторых, в полной мэре влияют на компетентность обработай; 9-третьих, позволяют управлять трудоемкостью изготовления агрегатных станков, уровнем металлоемкости и т.п. 2. Наиболее существенные различия агрегати-рсванных техколсгичес!П!Х систем металлообработки резанием проявляются в зависимости от типоразмера станка, так как принципы действия и, следовательно, технологические возможности агрегатных станков малого размера (станки с централизованным электромеханическим приводом) позволяют стабильно обрабатывать малые отверстия и другие поверхности в мелгагх и очень мелких деталях при необходимости достижения высокой точности и производительности в условиях крупносерийного и массового производства. 3. Разнообразие компоновочных решений агрегатных станков среднего размера вытекает из широкого спектра технологических задач, решаемых при создании этого класса технологических систем, хотя принципы разработки конструкторских компоновок остаются неизменными: большинство этих станков имеют круглую или полукруглую станины и поворотно-делительный стол с установленными на его планшайбе приспособлениями, а различие состоит в расположении на монтажной поверхности стали-

еы силовых агрегатов и в их ориентации относительно фиксированных позиций транспортной системы: 4. Качество разрабатываемых в настоящее время конструкторских компоновок в основном зависит от квалификации проектировщика, так как при выполнении этого завершающего проектирование этапа решаются одновариантные конструкторские задачи, а результаты крайне сложно оценить каким-то объективным критерием качества.

10. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УНИКАЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Сборка агрегатных станков осуществляется по методу индивидуальной подгонки узлов и деталей. При этом производится многократная установка и снятие узлов, разметка, сверление по разметке, нарезание резьб в отверстиях под крепеж, что делает трудоемкост! зтого этапа изготовления агрегатных станков весьма высокой. Пр1 этом (рис.15) производится большой объем пригоночных работ, который в принципе Бсзмсхно исключить или, по крайней мере, существенно уменьшить.

Основным базирующим узлом при сборке агрегатных станков является станина, которая представляет собой отливку круглой ид прямоугольной формы. Механической обработке у станины подвергают ся опорные плоскости под силовые агрегаты и горловина, на которо устанавливается поворотно-делительный стол иди стационарное уста ноЕочно-8аззйШое приспособление. Большое число входящих в стано сборочных единиц, различная привязка большинства из них к стани не, неясность конечной цели и т.п. делает процесс сборки станк весьма трудоемким. Неизбежные пригоночные работы, снижающие кг чество изготовления, выполняются, в основном, на присоединитель ных поверхностях, которые особенно при.монтаже силовых агрегатов представляв? своего рода "слоеный пирог" с комплексом прс£

леы: неплоскостность, непараллельность, отклонения от размера! от требовании качества обработки и т.п. Если при этом учитывав разную плотность стыкав (степень затяжки болтовых соединений), '. моано себе представить, как "дышат" эти элементы несущей систе) (подг.ихные и неподвижные) при приложении нагрузки, а особенно переходных процессах, которые при многоинструментной обработ! (рааное ъреиз врезания инструментов, завершения процесса резан: н т.п.) наблюдаются постоянна.

СсФ-ерсенствоБание технологии сборки агрегатных станков пре

Рис. 15. Общая структура и укрупненная грудсешсоотгъ сборки агрегалирозажшх патологических систем нешшгсюбрабатхи

де всего направлено на снижение трудоемкости процесса, что слагается из уненьсения объема пригоночных работ, .перераспределения объема работы между механообработкой и сборкой (подготовка отверстий под крепеж и точная механическая обработка компенсаторов, предшествующая сборке станка), уменьшение объема подготовительных работ. Основными факторами, . влияющими на качество и трудоемкость процесса сборки АС, являются: число силовых агрегатов на станке; степень их технологической оснащенности; требования к точности обработки по станку и по каждой позиции обработки з отдельности:

T«f(K, Ek, Ek) - Klin, Elk < Esik VIkeJk; k€K; F(K. Ek, ek)-0, где T - трудоемкость сборки, чел/час; К - число позиций обработки; ek - типоразмер силового агрегата и узлов технологического оснащения на к-ой позиции обработки; ESik - точность i-ro размера на k-ой позиции обработки, заданная по чертежу, Ejk - точность i-ro размера на к-ой позиции обработки, обеспечиваемая станком; Jк - число поверхностей или контролируемых размеров на к-ой позиции обработка!.

Приведенная модель управления точностью и трудоемкостью процесса сборки предусматривает этап точного расчета компенсаторов в процессе проектирования и разработки конструкторской компоновки, когда уже можно иметь замеры комплектующих элементов и сборочных едкниц, для чего разрабатываются полные размерные цепи с учетом имеющихся и требуемых отклонений, пример которых показан ка рис.16. Полный предварительный расчет компенсаторов совместно с расчетом координат и размеров под крепеж позволяет существенно перераспределить трудоемкость изготовления между этапами сборки ц механообработки и .снизить общую трудоемкость изготовления ка

12...18 г.

Анализ работ, выполненных в направлении совершенствования технологии изготовления АС, позволяет сделать следующие выводы. 1. Оборка агрегатных станков, являясь заключительным этапом изготовления , осуществляется по методу индивидуальной пригонки увлов и деталей, отличается высокой трудоемкостью и существенно влияет ка качество оборудования, обычно в сторону его ухудшения. 2. Улучшен« параметров процесса сборки агрегатных станков иодет быть

Рис. 16. Припер расчешой схеш для достигнуто на пути отрелелекш? гшраьгеярйз коипеиса.'юров уменьшения количест-с i;epsuN3jaJSQä nxocnocrsj АС. ва стыков элементов

несущей системы и повышения качества их обработки, а также пере-распределёния трудоемкости изготовления между- механообработкой и сборкой. 3. Этим же целям служит разработка математической модели управления качеством и трудоемкостью сборки с последующим моделированием структуры агрегатного станка и корректировкой этой структуры. 4. Реальным улучшением процесса сборки уникальных агрегатных станков является определение координат и размеров отверстий в станинах для крепления силовых агрегатов, расчет размеров и качества обработки компенсаторов и выполнение этих работ до начала процесса сборки в цехах механической обработки.

11. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ, ТОЧНОСТИ И

НАДЕЖНОСТИ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ •

Необходимость совершенствования процесса проектирования и изготовления агрегатных станков, отработка конструкции агрегатов и узлов ставит задачу анализа условий эксплуатации и выработки на основе этого рекомендаций конструкторам и технологам. Одним из наиболее существенных вопросов при анализе условий эксплуатации специального металлорежущего оборудования является установление состояния по производительности, обеспечение которой можно считать основной целью заказчика. Этот анализ можно выполнить по значениям коэффициента ксгОф/Ор, где 0® - фактическая производительность, достигнутая у заказчика; £}р - расчетная производительность агрегатного станка, заложенная на этапе проектирования.

По этому параметру установлено, что производительность ниже расчетной (кс}<1) имеют 60.4% всех станков, соответствующую расчетной (ко=1) - 20.7%, выше расчетной (ка>1) - 18.9%. Превышение фактической производительности над расчетной объясняется изменением режимов резания при увеличении программ выпуска деталей или за счет более высокого значения реального коэффициента использования, т.е. уменьшения времени простоев оборудования.

Качественные характеристики эксплуатации агрегатных станков в значительной мере зависят от надежности работы многоинструментальных наладок, анализируя работу которых можно прийти к выводу, что 88.2% всех замечаний относится к конструкции режущих и вспомогательных инструментов и 11.8% - к их эксплуатации. Наименее надежным узлом агрегатного станка среднего размера является поворотно-делительный стол с приводом: в общей массе отказов на долю этого агрегата приходится 25.7% всех нарушений работоспособности.

Далее источниками отказов являются: силовые головки - 22%, электрооборудование - 15%, навесные устройства - 8.9%, приспособления - 5.5%. Из навесных устройств наименее надежными являются многош-шшдельше насадки: 58.6% всех отказов у навесных устройств приходится на эти узлы. Анализ работы приспособлений позволяет сделать вывод, что 72% всех замечаний связано с их конструкцией и 28% - с эксплуатацией.

Конечные этапом проектирования станка является циклограмш-рование работы его циклообразующих злементов с проверкой этой циклограммы на этапе отладки после сборки. Особенности решения задач при этом можно рассматривать в двух аспектах. • Во-первых, существует.проблема повышения производительности обработки, что необходимо, например, когда по требуемой заказчиком производительности можно или наготовить станок-дублер, или, повысив интенсивность обработки на лимитирующих переходах, обойтись одним станком. Во-вторых, имеется проблема надежности станка в эксплуатации, когда заказчик не может получить требуемый съем продукции.

Улучшение циклограммы работы станка независимо от компоновки позволяет уменьшить время такта до нужной величины и ввести в технологическую систему некоторую временную избыточность, что мсшю считать технологическим резервированием, так как оно осу-цэствляется интенсификацией режимов резания," выбором материала инструмента Ш или формы заточки Св. Избыточную производительность обработки можно трактовать, как создание дополнительного времени 1и, используемого для восстановления работоспособности технологической системы.

Но тогда очевидно, что некоторую избыточность метено ввести в систему за счет изменения структуры, т.е. структурны).! резервированием, основной частью которого является увеличение " пропускной способности" узких мест технологической цепи. Практически количество параллельно работающих агрегатных станков или одинаковых позиций автоматической линии определяется технологическими расче-оди&ю такое резервирование - весьма дорогостоящее. Поэтому были выполнены статистические исследования и расчеты для сравне-шш способов введения в технологическую систему избыточности.

При экспоненциальное законе распределения потоков отказов-Г(0«1-е"Ль н восстановлений Гв^М-е-^ (X и ц - интенсивности потоков отказов и восстановлений работоспособности системы) приходим к 1^ракенюз для определения средней наработки Тср до первого отг^за скстеиы с временной избыточность» (в такой системе от-

казом считается невыполнение требуемой программы выпуска):

Пр+1 г По+1 i+1 (litii)1

Tcp(tn) - — • 1 - ь (1--- —7—

X •■ I 1=0 Пр+1 11

где пр - число однотипных резервных элементов; - избыточное время, введенное в систему; 1 - количество' отказов, происшедших до истечения избыточного времени.

Для примера на рис. 17,а приведены графики, показываемо изменение зависимости вероятности безотказного функционирования Р

а)

1.0

0.6

0.4

0.2

Пр**3 \ -г—

/

А Пр=1 Пр^с—"4

At3=1.0 -

г

fitj,

1.0

0.6

0.4

0.2

,fitn

Рис. 17. Анализ видов резервирования (изСиточнсат) в агрэггяных технологических системах

от резерва времени tH и числа резервных. элементов (стая-ков- дублероз) при времени выполнения задания ta=*180 мин (смена) и интенсивности потока отказов Х»2.08-10~3 1/М1!Я (статистически установленная величина для сташсов-дублеров с десятью силовыми головками, в шпинделях насадок которых установлено по 31 инструменту). Как видно, существенного увеличения вероятности безотказного. функционирования при количества резервных элементов пр>2 не происходит, ко в то ~е ' время тахе . резервирование крайне дорогостояще.

Технологическое резервирование достигается за счет введения в систему сравнительно небольшой избыточности (интенсификации режимов резания)', за счет чего без дополнительных затрат на структурное резервирование удалось повысить безотказность функционирования до значительного уровня. При построении графиков (рис.17,6) было принято tcM-to+ta (tn«0.i-t3). Выполненный анализ позволяет доказать высокую

экономическую эффективность технологического резервирования при проектировании агрегатных станков, что и было использовано в практике их создания. Кроме этого, выполненные расчеты позволили определить численные значения коэффициента технического использования Кти в зависимости' от интенсивности формообразования на станке, а не принимать его величину среднестатистической, как это было ранее. Анализ проблем повышения производительности, точности и надежности агрегатных станков, методов решения этих проблем позволяет сделать следующие выводы. 1. Дальнейшее«совершенствование конструкций узлов и сборочных единиц агрегатных станков диктует необходимость постоянного статистического анализа особенностей их эксплуатации, причин возникновения отказов в работе и способов устранения этих отказов. 2. Повышение производительности агрегатированных технологических систем металлообработки и улучшение других показателей может быть обеспечено введением, в эти системы некоторой избыточности, которая позволит создать резерв времени для устранения причин отказов в работе. 3. Введение избыточной интенсивности технологического воздействия может быть осуществлено структурным или технологическим резервированием. 4. Анализ методов повышения надежности показывает, что технологическое резервирование, решаемое путем интенсификации процессов обработки на лимитирующих операциях, более эффективно, так как во многих случаях позволяет отказаться от дорогостоящего изготовления станков-дублеров.

12. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ АГРЕГАТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Объемная и сложноетруктурная система проектирования и изготовления агрегатированного металлорежущего оборудования не может быть качественно обеспечена ограниченной группой проектировщиков. Следует также принять во внимание, что создание уникального оборудования должно быть предельно свободно от субъективизма, уровня квалификации исполнителей. Поэтому в настоящее время разрабатывается система проектирования и изготовления .агрегатных станков (САПР АС), мелью которой является ввдача необходимой документации в реализация "в металле** агрегатных станков малых к средних размеров, вдесгах квазмоптаналъные структуру и параметры. Эта систе-на очень сложна ж, естественно, в полном объеме еще далека от за-»ерсаекаа; Но маогие элемента ее уже проработаны и дают хорошие

результаты.

Практически завершена машинно-ориентированная методика определения оптимальных параметров процесса резания, послужившая осиновой для создания подсистемы "РЕЖИМ" САПР инструментальных наладок агрегатных станков. Рассматриваемый пример иллюстрирует общий ¡подход к создачию САПР АС, заключающийся в разработке отдельных ■законченных взаимосвязанных подсистем проектирования.

Подсистема "РЕЖГ функционирует под управлением инструментальной системы "БЫБОР" (ИС "ВЫБОР"), которая реализует принципы новых информационных технологий, позволяющие сосредоточить основную часть знаний проблемой области в базе знаний, а процесс проектирования представить как интерпретацию этих знаний. ИС "ВЫБОР", содержащая :набор языковых и программных средств создания САПР, позволяет реализозать интерактивный, многовариантный и ите--рационный процесс автоматизированного проектирования и обеспечивает: описание предметной области с использованием иерархической модели данных и ведение динамической базы дачных проекта; представление основной массы знаний проблемной области в модифицированных таблицах'решений, отличающихся от стандартных возможностью задания внутри таблицы решений точек прзшятия альтернативных проектных решений, сложных аналитических и логических выра^ешпг, интерпретацию знаний проблемной области; возможность прервать проектирование, возвратиться на любую из точек принятия альтернативных проектных решений с изменением проектных параметров .и возобновить проектирование. Схема функционирования ИС "ВЫБОР" приведена на рис.18.

Организационные и функциональные особенности инструментальной системы (ИС) позволяют свести автоматизация проектных процедур САПР к наполнению и отладке -базы знаний, не требуя высокой квалификации разработчика. Последовательность выполнения.проектных процедур, задающая стратегию проектирования, представляется в виде макропроцедур проектирования (МП). Основной объем знаний подсистемы "РЕЖИМ" представлен в модифицированных таблицах решений (МТР), что объяснимо преобладанием табличных моделей представления данных в технологии машиностроения. В базу знаний входит также модель представления знаний в виде процедурных модулей или процедур-функций (Ф), написанных на одном из языков программирования.

Для организации интерактивного (диалогового) проектирования в ИС "ВЫБОР" предусмотрено создание диалоговых процедур проекта-

роваккя (ДПП), имеющих вид информационных экранов.- При создании

ДП (диалоговых процедур) , предусмотрены следующее возмсикнос-ти, повышающие зффек-т1ШНОсть создаваемой системы и удобство' работы с ней: органи-. зация подсказки по каждому вводному полю; ввод ' данных по перечислению из заранее определенной последовательности; ввод данного по умолчанию; осуществление верификации (проверки) введенного значения. Суммарный объем базы знаний подсистемы "РЕШГ составляют около 540 МТР, 10 N31, 20 ДП.

Анализ состояния разработки автоматизированного проектирования агрегатированных технологических систем металлообработки резанием позволяет сделать следующие выводы. 1. Необходимость раз-работю! системы автоматизированного проектирования и изготовления агрегатных станков (САПР АС) обусловлена уникальностью этого обо- ■ рудования, многовариантностью, требованием обеспечения высокого уровня структурно-параметрических характеристик принимаемых проектных ращении. 2. Методика создания САПР АС построена на основе разработки отдельных законченных взаимосвязанных подсистем проектирования, имеющих одинаковые принципы построения и работы. 3. Одна из завершенных в разработке подсистем ИС "ВЫБОР" реализует принципы новых информационных технологий, позволяющие сосредоточить основную часть знаний проблемной области в базе знаний, а процесс проектирования представить как интерпретацию этих знаний.

Эта подсистема позволяет организовать интерактивный, многова- ' риактный и итерационный процесс автоматизированного проектирования. обеспечивающий экономичное получение требуемого конструк-гогска-технсаогшеского решения.

Монитор Диалоговый процэссор

Интерпретатор знаний

ТГ

1Г

Управляющая програ.\2,!а

База знаний

ш МТР ДПП

База данных проекта

Рис.23. Схема функционирования ИС "ВЫБОР"

13. экономическая эффективность применения усовекзенстеова-ния агрегатированного оборудования

Начиная с,1970 года Харьковское производственное объединение выпустило более 25 тысяч агрегатных станков, 54 автоматические линии, 21 робото-технологический комплекс и другое оборудование, В результате эффективной работы этого оборудования, обусловленной систематически вносимыми в него изменениями, вытекающими из постоянного совершенствования принципа агрегатирования на основе разработанной методологии, получен суммарный экономичесшта аффект в размере 192 млн.рублей в ценах до 1990 года. ' Эффект состоит из следухзшда слагаема;:

- совершенствование параметров станков, позволившее отказаться от проектирования и изготовления станков-дублеров (повышение производительности, надежности и т.п.) - 61.5 млн.рублей;

- сннженке металлоемкости оборудования, позволившее экономить материалы и уменьшить занимаемую оборудованием площадь производственных цехов - 38.4 млн.рублей;

- повышение качества и снижение трудоемкости изготовления и, особенно, сборки 26.9 млн.рублей;

- снесение трудоемкости проекпфованкя и изготовления уста-позочно-згхимккх приспособлений (особенно корпусов) - 23.0 млн.рублей; ' ,

- ускорение прсеютфозснкя и изготовления и, следовательно, сборачзшаемости оборотных фондов - 21.1 млн.рублей;

- повышение надежности работы оборудования у заказчика и, следовательно, сюиение стоимости эксплуатации - 15.3 млн.рублей;

- повышение производительности и качества проектирования за счет внедрення элементов САПР АС - 5.8 млн.рублей.

14. ТЕНДЕНЦИЙ СОВЕИЕЕШГВОВАШЯ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ И КОМПЛЕКСОВ

Развитие конструкций и производства агрегатных станков, создаваемых на базе узлов малой и средней мощности, идет в соответствии с общими тенденциями агрегатированного оборудования, которое обуславливается требованиями максимальной эффективности производства, повышения производительности труда за счет улучшения качественных показателей выпускаемого оборудования, повышения степени его азтс^атизащз!, создания новых -птоз агрегатных станков и

комплексов. Накатились три основных направления развития и созер-сзкстЕОЕБЯИЛ структуры и параметров агрегатированиого технологического оборудования:

- повышение уровня концентрации операций в одной машине вду-системе малин для решения задачи повышения производительности, комплексности и расширения технологических возможностей этого оборудования;

- повышение интенсивности процессов, протекающих при реализации циклограмм работы агрегатных станков и комплексов;

- повышение уровня технологической гибкости или, иначе» ц.э--ренаяаживаемости агрегатных станков и автоматических линий.

Первое направление решается, в основном, за счет большей насыщенности каждой станочной единицы инструментам и силовыми узлами. Оно имеет следующие ступени: центроколонные станки, дозволяющие скомпоновать станок со значительно больщим количеством вертикально расположенных силовых агрегатов; робото-технические комплексы, позволяющие связать в одно технологическое цадое два и более станков, кзздый из которых макет иметь своз транспортную систему (обычно поворотно-делительный стол); автоматические линем, объединяем единой транспортной системой в одно технологическое целое больпое количество агрегатных станков.

Второе направление - это повышение интенсивности процессов обработки ва счет качества и геометрии ревущего инструмента; подарочных и установочных перемещений -за счет систем направляющих, приводов, управления; надежности за счет систем диагностик;!, особенно автоматической, повышения ремонтопригодности и т.п.

Третье направление реализуется в агрегатных станках сменными ккструмэнтаЕьними блоками, сменными насадками (коробками), сменным:-; рабочее: позициями, когда системой транспортных устройств вводить в рабочую зону сменные силовые агрегаты; изменением коодошат обработки одними и теш: хе инструментами; изменением структура устаковочно-аакимных приспособлений, особенно их элементов базирования; изменением конфигурации зоны обработки за счет одвовр-гменной &амены инструментальных блоков или . наладок, гглемзнтоз приспособлений, палахеюш обрабатываемых заготовок и т.п. 1Ь названным конструкторским разработкам автор имеет 8 поло-аггехьЕых решений Комитета по изобретениям Украины.

В вамоккзе время уходит в проглое эра создания универсальна металюрхлуЕЗ« станков ш принципу сочетзлга движении для ре-ьггзазса»•еврадеаеввого сагоаа-форыообразаваика (токарные, фрезер-

гае и т.п.): эти ста'по будут создаваться по ¿унгацюпально»?/ назначению, т.е. для выпохпгнгл требуемого кгбсра технологически операций. Для этого нссйход2;мо разработать ряды типоразмеров шпиндельных узлов, приводоз глазного дзет.ення и т.п., законы сочетания этих агрегатов в различных компонов1?ах универсальных металлорежущих станков з зависимости от их функционального назначения и на этой основе создавать парк украинасих станков. При такой постановке общей задачи значительную роль будет играть принцип агрегатирования.

15. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При проектировании, изготовлении и зюзплуатащгл уникального агрегатировалного металлорежущего оборудования слабо просматриваются обратные связи между отдельными этапами жизненного цикла и внутри этих этапов, что приводит фактически при принятии любого технологического или конструкторского решения к использованию метода "проб и сшибок". Этсму способствует такжэ невозможность изготовления опытного образца технологической снстс^у для проверки проектных реленш"!. Использование з процессе проектирования п изготовления метода аналогий не позволяет ставить л решать при создании агрегатировалного металлорежущего оборудования ;.шо-говариантных и, тем более, оптимизационных за^ач.

2. Научно обоснованная методология создания высокоэффективного агрегат:фСванкого металлорежущего оборудования предусматривает многовариантность принимаемых'решений," вкбср наилучшего из альтернативных вариантов на основе предпочтительного из системы критериев, позволяющих выполнить анализ-синтез оборудования по производительности резания, металлоемкости, энерговооруженности занимаемой производственной площади, экономичности и т.п. при обеспечении заданных ограничений по птучной производительности, требуемым .(оптимальным) точности и шероховатости обработанных поверхностей, требуеюгм уровням надежности и технологической гибкости. Для материального обеспечения результатов проектирования на сснове данной методологии при изготовлении и, особенно, сборке агрегатных станков необходимо обеспечивать достаточное меню вариантов проектных решений.

3. Научные основы технологии металлообработки в агрегатиро-зашшх стаяо'шых системах в основном охватывает разработку предварительной схемы обработки, которая строится на принципах коя-

центрации и дифференциации технологических операций и преследует цель обеспечения требуемых производительности, качества и комплексности обработки, а таю;е достижение оборудованием характеристик в соответствии с принятыми при проектировании критериями. Это касается как выбора структуры многотаструментной, многосторонней и многопозиционной обработки, так и расчета режимов резания для каждого инструмента, инструментальных наладок и всего комплекта, который определяется возможностями стандартных силовых увлов, пониженной жесткостью системы корпусных деталей станка, дискретной настройкой конечных перемещений рабочих органов, режимом обслуживания инструментов и т.п.

4. Проектирование ыногоинструментных наладок многопозиционных агрегатных станков, составляющее часть разработки технологической кошюновки, является ыноговариантной задачей, решаемой по принципу "черного ящика", в которой учитывается 16 факторов, вытекающих из технологии обработки и зависящих от обрабатываемой детали, инструмента и формообразуемой поверхности. Управляемая система определения структуры и параметров процесса резания, построенная на основе .двух управляющая воздействий (изменении инструментального материала и формы заточки режущего клина инструмента) , позволяет существенно сократить число итераций, обеспечить экономичное достижение требуемой производительности и легко адаптироваться в САПР АС.

5. При проектировании и изготовлении узлов технологического оспацэЕШ агрегатных станков, к которым в первую очередь относятся много2пинделъные узлы, расширяющие технологические возможности силовых агрегатов, и установочно-зажишые приспособления, обеспечивание стабильные условия при обработке резанием, решаются мно-говариаптиыа задачи, направленные на снижение трудоемкости, умольсенке габаритных размеров, повышение наденности работы, что достигается расепрением моею этих узлов и дальнейшей унификацией вплоть до создания блочных уш:фицирозанных ¡инструкций, полностью соб^рьг"?'-^ из уикфицировслаи элементов с частичной их дообработ-кай по мере необходимости.

6. Унифицированные силовые узлы, транспортно- базирующие устройства, система агрегатных станков и автоматических линий, соадаьаеагяе на Сазе этих станков, в наибольшей мере влияют на ме-таалэе^егостъ. энерговооруженность, занимаемую площадь, комплекс-.кость обработки к зкдаомическую эффективность этого оборудования. Сгггоаатела.ио» методология совероенствованиа ы развития принципа

агрегатирования при создании технологических систем металлообработки резанием долина включать в качестве одного из принципов оптимизацию параметрических рядов унифицированных агрегатов и элементов, как средство повышения эффективности этого класса оборудования.

7. Решение задачи оптимизации параметрического ряда электромеханических плоскскулачковых силовых голоеск пинолыюго типа, в процессе которого рассматривались конкретные вопросы'производства и эксплуатации.этих наиболее часто применяемых в агрегатных станках среднего размера силовых узлов, позволило выработать эффективный алгоритм оптимизации ряда типоразмеров и рекомендовать габариты 03, 05, и 06 вместо применяемого 5-го габарита, что позволило повысить эффективность агрегатных станкоз на 28...322. Предложенный алгоритм позволяет получить рациональные решения при изменении конъюнктуры рынка.

8. Компоновка специального агрегатного станка определяет такие его качества, как производительность, точность, себестоимость обработки детали, стоимость, металлоемкость, условия эксплуатации, трудоемкость обслуживания и ремонта и т.п. Производительность обработга в подавляющей мере определяется технологической компоновкой, и поэтому определяющим в конструкторасой компоновке является взаимное расположение позиционного стала и силовых агрегатов, обеспечивающих процесс обработки комплектом инструментов (инструментальной наладкой).

9. В то же время следует признать, что решение задач конструкторской )ссмпоновки для получения результата, близкого к оптимальному, также должно быть многовариантнкм. До настоящего времени этот вопрос наименее разработан, что может быть источником многих нерациональных конструкций: отсутствует аппарат анализа и синтеза компоновок на разных стадиях проектирования; практически полностью игнорируется вопрос обеспечения требуемой точности за счет выбора рационального компоновочного решения; отсутствует алгоритмическая связь этапов разработки технологической и конструкторской компоновок.

10. Совершенствование технологии сборки агрегатных станков прежде всего направлено на снижение трудоемкости процесса, а косвенно решаются вопросы уменьшения объема пригоночных работ, который в большинстве случаев занимает ЗЭ% трудоемкости сборки, перераспределения объема работ по дообработке, например, станин, между сборкой и механообработкой в пользу последней, уменьшения объ-

сма подготовительных работ. Имеется ввиду управление количеством подЕкгшмхи неподвикных соединений, зтал точного расчета компенсаторов в процессе проектирования и разработкой конструкторской компоновки, когда уке мссаго иметь результаты обмера' комплектующих элементов и сборочных единиц.

11. Уникальность агрегатированных технологических систем об-работгш резанием .■ предусматривает необходимость получения наилуч-сего конструкторааэ-технолэпгческого решения из нескольких альтернативных вариантов, что, учитывая сложу» структуру этого оборудования, диктует необходимость разработки системы автоматизиро--ванного проектирования и изготовления агрегатном станков (САПР АС). Эта система должна реализовать принципы новых информационных технологий и обеспечивать организацию интерактивного, многовари-актного и итерационного процесса автоматизированного проектирования с выходом на дадьнешие комплектацию и изготовление.

16. список работ по т01е диссертации

Оснозноэ содерзаииз проведенных исследований и выполненных разработок изложено в следующих опубликованных работах:

1. Хицзл В.Д. и др.. Устройство для защиты инструмента от поломок. - Информационный листок, УДК 621.021.025-75, 1971, 0.25 п. д. (автором разработали пр;шциш и схемы защиты инструмента, что составляет примерно Ш1);

2. Хнцан В.Д. и ДР. Силовая головка. - А.С.3300259 (СССР). Опубл. в ЕЛ, N13, 1371 (гзторш разработаны принципы действия и конструкция, что составляет примерно 70%);

3. Хнцгн В.Д. и др. Плоскокулачковая силовая головка. -А, С. 333165 (СССР)'. Опубл. в Ш, Н16, 1071 (автором выполнены ра-сч-зты и разработала конструкторские решения, что составляет примерно 60Х);

. Хицан В.Д. п др. Поворотно-делительное устройство. -Д.С.318458 (СССР). Опубл. в ЕИ. Н32, 1971 (автором разработан пршцеш действия и выполнены расчеты, что составляет .примерно 601);

5. Хпцал В.Д. и др. Малогабаритные агрегатные станки. - И., 1972, с. (автором написано примерно 15%);

6. Хщдк В.Д. и др. Переналаживаемые малогабаритные агрегат-станки. - Станка и инструмент, К2, 1972. с.26-28 (автору при-

сайлеахт цдез совдал^« втого оборудования, что составляет пример-

НО 40%);

7. Хищш В.Д. и др. Насадки к гпшольным силовым головам агрегатных станков. - Станки и инструмент, N2, 1972. с.40-42 (автором разработаны принципы проектирования, что составляет примерно 30%);

8. Хицан В.Д. и др. Определение номенклатуры и оптимального уровня параметров электромеханических силовых головок. - Стандарты и качество, N5, 1972, с.26-38 (автором выполнены статистические исследования, расчеты оптимальных уровней параметров, что составляет примерно 50%);

9. Хицан В.Д. и др. Расширение технологических возможностей агрегатных силовых головок. - Информационный листок, УДК 621.9.СЗ-182.77-229.872, 1972, 0.25 п.л. (автору принадлежит разработка принципов расширения технологических возможностей, что составляет примерно 50%);

10. Хицан В.Д. и др. Гидравлическое поворотно-делительное устройство. - А.С.353570 (СССР). Опубл. 3 ЕЙ, N14, 1973 (автору принадлежит разработка принципа действия устройства, что составляет примерно £0%);

11. Хицзн В.Д.' и др. Шпиндельный узел. - А.С.375136 (СССР). Опубл. в БИ, N16, 1973 (автором разработаны методы повышения вкб-ооустойчнвссти и снижения металлоемкости, что составляет пршерно 40%);

12. Хицзн В.Д. и др. Силовая гидравлическая головка для сверления глубоких отверстий. - А.С.406653 (СССР). Опубл. в БИ, Мб, 1973 (автором разработан принцип действия и состав механизмов, что составляет примерно 40%);

13. Хицан В.Д. и др. Силовая головка. - Свидетельство на промышленный образец N2964, 1973 (автором разработана структура головки и выполнены основные расчеты, что составляет пршерно 25%);

14. Хицан В.Д. и др. Международная станкостроительная выставка 1972 г. в Чикаго (обзор). - М., 1973. - 135 с. (автором написан раздел II: Автоматические линии и агрегатные станки, что составляет пршерно 20%);

15. Хицан В.Д. Модернизация силовых головок с плоским кулачкам. - Станки и инструмент, N2, 1973, с.22;

16. Хицан -В.Д. и др. Электромеханическая силовая голоЕка. -А.С.453286 (СССР). Опубл. в БИ, N46, 1974 (автором выполнены основные конструкторские решения и расчеты, что составляет примерно

' 17. Хицан В.Д. и др. Технико-экономическое обоснование опти-мнзащш параметрического ряда силовых головок плоскокулачковогс типа. - Технология и организация - производства, N1, 1975, с.77 (автором выполнены основные расчеты и предложены принципы оптимизации, что составляет примерно 701);

18. Хицан В.Д. и др. Пневмогидравлическое устройство длг глубокого сверления. - Машиностроитель, N4, 1977, с.21 (авторок разработан принцип действия устройства, что составляет пршернс 40%);

13. Хицан В.Д. и др. Станок с автоматической сменой инструментов. - Свидетельство на промышленный образец N12188, 1981 (автором разработаны принципы смены инструментов, что составляет примерно 40%);

20. Хицан В.Д. Повышение производительности агрегатных станков среднего габарита. - Станки и инструмент, Мб, 1981, с.8-9.

21. Хицан В.Д. к др. Проблемы создания малогабаритных агрегатных станков. - Тезисы докл. второй Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства". - м., 1981, с.45-47 (автором разработаны направления создания I совершенствования этого класса оборудования, что составляет примерно 70»);

22. Хицан В.Д. и др. Агрегатные станки средних и малых размеров. - и., Машиностроение, 1985, - 248 с. (автором написань главы 1. 2, 4, 10, 12, 13, что составляет примерно 40%);

23. Хицан В.Д. Повысить технический уровень выпускаемого оборудования. - Станки и инструмент, N11, 1987, с.9-11;

24. Хццан В.Д. и др. Автоматизация размерно- технологического анализа и синтеза при создании агрегатных станков. - Тезись 'докл. международной научно-технич. конф. - Суш, 1994 (авторов разработаны принципы и обоснование необходимости такого анализа, что составляет примерно 301), и других.

АН0ТЯЦ1Я

УДК 821.9.06-52. Х1цан В.Д. Науков1 основи удосконалення та розвиткц принципа агрегатування при стпоренн1 технолог1чних систем аеталообробки р1занням, Дисертац1я у форм! науково'1 допов!д1 на здобуття наукового ступени доктора техн!чних каук за спеи!аль-ностяии OS.02.08 - технолога напинобудування та 05.03.01 - про-цеси механ1чно1 обробки, верстати та 1нструиент, Харк1вський дер-зазниЯ пол!техн1чниЛ ун1всрситет. Харк1з, 1996.

D робот! вперпа роэроблена концепц1я, виконан! наукове обг-рунтування, систематизац1я та техн!чна реал!эац1я методологi'i ор-ган1зацГ1, удосконалення та розвитку принципа агрегатування при створбнн1 технолог1чннх систем обробки р1занняи р1зноман1тних деталей иазинобудуваннп. Впровадаения реконендац!й i методик, цо розроблсп!. принципiв опт;ш1зацп параиетричних ряд!в агрегат1в, алгорити1чного та програнного забезпечення САПР АВ забезпечило удосконалення системи прооктування та виготовлення агрегатних верстапв малого та серэднього po3MipiB, дозволило п1двицити лро-дуктивн1сть, точн1сть i над1Ян1сть цього обладнання, а таког от-рннати icTOTHe пол1ппення таких характеристик, як енергозапеспе-чення та мат8р1алоа1стк1сть.

SUMMARY

Khitsan U.O. The scientific bases of perfection and develop-aent of aggregatev principle at creation of technological systess of procsssing by cutting. The dissertation in fora of Scientific report on coapetition of scientist degree of doctor of technical sciences on specialities 05.02.08 - technology of nachine building and 05.03.01 - processes of nachlning, aachine tools and tools. Kharkov State Politechnical University. Kharkov, 1996.

Hork for the first tine develops the concept, the scientific substantation, ordering and technical realization of nethodology of organization, perfection and developaent of aggregatev principle are executed when creation of technological systeas of processing by cutting. Tha introduction of developed recomendations and techniques, principles of optiaization of paraactrical series of units. al?orithn and software CflD/CflH has ensured tha perfection of systes of designing and nanufacturing of snail and average diaensions of unit-building nachine tools, has allowed to increase the productivity, accuracy and reliability of this equip-aent, as well as considerable inprovenent of such characteristics, as the installed pousr per snployee and specific consumption of aaterials.

Клпчевиэ слова: принцип агрегатирования, агрегатный станок, технологическая компоновка, конструкторская компоновка.