автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Основы теории синтеза структуры компоновок агрегатных станков

Министерство станкостроительной и инструментальной Л/Т промышленности СССР / '

Ордена Трудового Красного Знамени Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков / /

Л \ I 1М На правах рукописи

/Перегудов Леонид Васильевич

УДК 621.9.06 - 112.6:62 - 11.001.1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ КОМПОНОВОК АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ

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

А втореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва — 1989

Работа выполнена в Ташкентском политехническом институте имени Абу Райхана Беруни (ТашПИ).

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор

— В. Э. Пум

доктор технических наук, профессор

— Л. И. Волчкевич

доктор технических наук

— Б. И. Черпаков

Ведущая организация:

Научно-производственное объединение по механизации и автоматизации производства машин для хлопководства (НПО „Технолог"), г. Ташкент.

Защита состоится на заседании специализированного совета Д 125.01.01 Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков по адресу: г. Москва, 117926, 5-й Донской проезд, 21-6.

„__"_1У90 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков.

Ваш отзыв, заверенный гербовой печатью, просим направить в адрес совета.

Автореферат разослан „_"_19 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

И. В. Голубев

Б диссертационной работе теоретически обобщена и решена наущая проблема, имеющая ванное народнохозяйственное значение, заключающаяся в повышении качества и гффэктивности проектируемых агрегатных станков на освово теории синтеза их структуры, устанавливаемой связи с технологическим процессов, качественными и гехнико-зкономическхши показателями станка, параметрами обрабатываемых деталей.

Автор защищает:

1. Теоретические основы формирования мноаэства вариантов структуры агрегатных станков и формализованные модели их связей

со структурой технологического процесса, производительностью, точностью, надежностью, параметрами элементов формы обрабатываема« деталей, позволяющие осуществлять системный выбор рационального варианта, обеспечивающего минимум материальных затрат.

2. Математическое обеспечение подсистемы САПР структуры агрегатных расточных станкоз.

0Б15АЙ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В соответствии с основными направлениям экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года ваанейшей задачей, поставленной перед станкостроителям!, является совершенствование структуры выпускаемого оборудования, значительное увеличение изготовления новых видов эффективного иеталдорезукего оборудования, повышение с о производительности в 1,5-1,6 раза. Важнемей задачей является такзе коренное повышение технического уровня, качества и надегности выпускаемых станков.

Для условий массового и крупносерийного производства одним из путей совершенствования структуры парка металлообрабатывающего оборудования является увеличение выпуска специальных и агрегатных станков. Так, за одиннадцатую пятилетку Еылуск специальных и агрегатных станков увеличился в 1,5 раза. Эти станки в 3-10 раз производительнее универсальных, стабильно обеспечивают высокое качество продукции при яиаиаалъной стоимости, облегчают условия труда и создают предпосылки для комплексной автоматизации.

Существенной особенностью при создании агрегатных станков, вследствие их выпуска единицами для каждой конкретной детали, является отсутствие этапа изготовления и испытания опытного образца для проверки примятых компоновочных решен;«;. В то нз время кан-

дой детали соответствует множество возможных вариантов компоновка, зависящих от структуры технологического процесса и совокупности разнообразных параметров детали: класса и группы заготовки; параметров элементарных поверхностей, ¡а пространственного и взаимного распологенля; параметров точности и качества обработки. Из соответствующего множества вариантов компоновки необходимо выбрать рациональный вариант, обеспечивающий требования чзртеаа детали и его технических условий с минимальными материальными затратами при заданной годовой программе выпуска.

В связи с этим возникает необходимость в разработке теории синтеза структуры агрегатных станков, раскрывающей закономерность образования множества вариантов и моделей их связей со структурой технологического процесса, качественными и технико-экономическими показателями станков, параметрами элементов формы обрабатываемых деталей. Решение данной научной проблемы актуально для народного хозяйства, так как оно связано с сокращением сроков проектирования, повышением качества и эффективности агрегатных станков, интенсифицирующие процесс обработки в условиях массового и крупносерийного производства.

Цель работы - повысить качество и эффективность компоновочных решении и снизить трудоемкость стадии технического предлоке-ная при проектировании агрегатных станков эа счет разработки теоретических основ формирования множества вариантов структуры, а такие раскрытия и формализации их связей со структурой технологического процесса, параметрами элементов формы обрабатываемых деталей, качественными и технико-экономическими показателями станков.

Методологическая и теоретическая основа исследований. Методологической основой диссертационной работы явились положения коипо-нетики о многообразии вариантов структуры станка, зависящих от технологических задач, способов обработки, параметров элементов формы обрабатываемых деталей и конструкционного исполнения станка а также о доминирующем влиянии структуры станка на интенсификацию производственных процессов и качество деталей.

В зависимости от существа решавшихся вопросов в работе использованы:

- методы анализа и синтеза при формировании мвоаества вариан тов структуры агрегатных станков и определении их связей со струк турой технологического процесса, параметрами элементов формы обра багывазмше деталей, качественными и технико-экономическими показа

тедяш!;

- системный подход при разработке научных основ процесса преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры станка.

Теоретические пологения работы базируется на математическом аппарате теории графов, мнокеств, отношений и вероятностей.

Адекватность математических моделей проверялась результатами экспериментальных исследований автора и других исследователей. Эксперименты проводились на стендах и в производственных условиях.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке теоретических основ и методики формирования множества вариантов структуры агрегатных станков;

- в определении формализованных моделей связей вариантов структуры со структурой технологического процесса, производительностью, точностью, надежностью, параметрами элементов формы обрабатываемых деталей.

В работе впервые рененк следующие научные вопросы.

I. Разработаны методология и модель формирования вариантов структуры агрегатных станков, базирующиеся на принципе, дифференциации структуры по типу характеризующие параметров (технологические, кинематические, конструкционные) и по разновидностям элементов формы деталей (элементарные поверхности, сочетания элементарных поверхностей). Такой дифференцированный подход позволил установить и формализовать связи кеэд вариантами составляв да структур, что необходимо для определения мнонества вариантов структуры станка в целом.

2. Определены структура и на ее основе математические подели качественной оценки влияния вариантов технологическо-кинемати-ческой структуры (ТКС) на точность обработки и взаимного расположения отверстий, позволяющие определить пути повышения точности на структурном уровне и установить отношения связи меиду ее параметрами л вариантами ТКС. ,

3. Разработаны формализованная модель описания параметров кнонзетва деталей в виде универсальной структурной формулы (УСФ) и на ее основе модель их множественной связи с вариантами составляющих структур компоновок.

В рамках системы "формула детали-станок-деталь (ФСД)" разработаны основы системного преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры, базирующиеся на

принципе дифференциации:

- информации чертежа детали по определенны!! свойствен;

- структуры станка по типу параметров и по разновидностям . элементов формы деталей;

- процесса выбора и оценка возмоаных вариантов структуры по каидоыу элементу формы детали.

5. Определено математическое обеспечение подсистемы автоматизированного проектирования структуры агрегатных расточных станков.

, Драитичаская ценность и реализация работы. Разработанные методология и модель формирования вариантов структуры агрегатных станков раскрывали: все многообразие возмоаных отношений 12с составлявших структур - технологической, кинематической и конструкционной. Они позволили выявить ранее неизвестные варианты структуры станков для обработки сочетаний отверстий с пересекающимися и перекрещивавшимися осями. Агрегатные станки с этими вариантами структуры благодаря использованию общего силового стола для обработки разноименных отверстий на различных позициях параллельными шпинделями обеспечивают высокую точность взаимного расположения осей отверстий и отличаются высокой технологической надегшостьв.

На основе выявленных вариантов структуры коипоновок разработаны базовые варианты кинеиатико-конструкционной структуры для обработки основных отверстий в корпусах унифицированных и специальных конических редукторов с углом наклона между осями _р - 90°. Эти базовые варианты структуры использованы в 33 агрегатных расточных станках, созданных в СКТБС НПО "Технолог" и внедренных на заводах сельхозмашиностроения (завод "Мосселъиаш", Ташкентский агрегатный завод, ПО Ташкентский тракторный завод л др.).

По другим базовым вариантам структуры компоновок, разработанным автором, в СКТБС НПО "Технолог" созданы более 30-ти агрегатных станков, предназначенных для обработки различных деталей сельхозмашин: крышек, рычагов, дисков, скоб и т.д.

Агрегатные станки с базовыми вариантами структур компоновок создают предпосылки для разработки на их основе гибких производственных (ГП) модулей путем оснащения станков устройствами для автоматической смены небазовых функциональных блоков, а такке гибких автоматических линий для условий массового и крупносерийного производства. Данные предпосылки реализованы в многопозиционном расточном ГП модуле для обработки корпусов унифицированных конических редукторов, входящем в состав гибкой производственной системы

(Ташкентский агрегатный завод), а также в двух гибких роботизированных автоматических линиях для обработки корпуса трансмиссии и лонжерона рамы, внедренных на ПО Ташкентский тракторный завод.

Подученные модели связей вариантов структуры станков со структурой технологического процесса, параметрами элементов формы обрабатываемых деталей, качественными и технико-экономическими показателями явились базой для создания подсистемы автоматизированного проектирования структуры агрегатных расточных станков. На их основе разработано математическое и программное обеспечение такой подсистемы. Данная подсистема внедрена в СКТБС НПО "Техно-дог".

Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы освещены в учебном пособии автора, используемом в Ташкентском политехническом институте (ТашПИ) при чтении лекций по дисциплине "Металлорежущие станки", а также при выполнении курсовых и дипломных проектов по агрегатным станкам.

Апробация работы. Основное содерканне работы докладывалось и обсуждалось на следующих конференциях:

- на 40+49 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ТаыПИ за 1976-1935 годы;

- на республиканской научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы в машиностроении и задачи быстрей-оего внедрения их в производство" (Ташкент, 1977);

- на республиканской научно-технической конференции ''повышение эффективности производства механизацией и автоматизацией механосборочных и вспомогательных процессов в машиностроении" (Ташкент, 1983);

- на У всесоюзной меквузовской научно-технической конференции "Научные основы автоматизации производственных процессов, управление качеством в машиностроении и приборостроении" (Москва, МВТУ им. Баумана, 1979);

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства" (Краснодар, 1981);

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства" (Минск, 1984),

Публикации. Основное содержание, отдельные полокения и результаты диссертационной работы опубликованы в 32 работах, в т.ч. в учебном пособии "Проектирование агрегатных станков (систематизация и выбор компоновок)". Из аурнальЕых статей наиболее сущест-

веяными для формирования диссертации были 14 работ, в т.ч. 4 работы без соавторства, опубликованные в 1976-1986 г.г. в журналах "Ставки а инструмент",' "Вестник машиностроения", "Технология, экономика и организация производства (ЦНИИТЭЙтракторосельхозцаш ) ' Обьеи работы. Диссертация оформлена в двух томах. Первый тоь состоит из введения, семи глав и заключения (общие выводы и результаты работы),-иалояеншх на 249 страницах машинописного текста, в содержит 82 рисунка, 64 таблицы и I?? наименований литературных источников. Второй том содержат приложения: варианты ТКС эксплуатируемых-агрегатных станков; схемы проверок геометрической точности станков; результаты исследований; программа для подсистемы автоматизированного выбора рационального варианта структуры станка и документы, подтвергдаввде внедрение результатов работы и их эффективность.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Глава I. Состояние изучаемого вопроса и задачи исследований. Технико-экономические и качественные показатели проектируемых металлорежущих станков, как известно, закладываются на этапе технического предложения, на котором осуществляются анализ и синтез возмоаных вариантов компоновки и выбор из них рационального варианта, обеспечивающего минимум приведенных затрат. Решению этих задач посвящены многие работы советских и зару стенных ученых: 0.И.Аверьянова, Л.С.Брона, В.С.Васильева, Л.И.Болчкевича, Н.Е,Воронцова, Ю.Д.Врагова, В.Б.Гешша, А.И.Даденко, Ф.С.Деньяявна, В.Ф.Едановича, С.Ы.Зонненберга, В.В.Калинина, Г.А.Ниселева, А.Г. Косиловой, А.А.Ыаталина, Г.И.Келамеда, Г.И.Плашей, В.Г.Портмана, А.С.Ироникова, А.ф.Прохорова, В.Э.Пуыа, Б.Э.Тартаковскрго, Н.И. Феофанова, Д.В.Чарнко, Б.И.Черпакова, А.О.Этин, ХЛ'ёбеля, Г.Крег-мара, Г.Опитца и др.

Как показал анализ, структура металлорежущих станков определяется тремя доминирующими факторами: структурой технологического процесса, кинематической и конструкционной структурами. Каздый из этих факторов в свою очередь характеризуется множеством параметров соответствуюцего типа: технологическими, кинематическими или конструкционными. Именно совокупность параметров указанных типов определяет структуру компоновки станка в целом.

Однако в литературе по систематизированным исследованиям структуры металлорежущих станков в качестве классификационных

признаков рассматриваются, как правило, либо конструкционные па-, рзметры, либо совокупность ряда конструкционных и технологических параметров. И не рассматриваются кинематические параметры, о! которых существенно зависят технико-экономические и качественные показатели станков, особенно агрегатных. При систематизации вариантов структуры не учитываются такзе связи между параметрами одного типа и между совокупностями параметров различных типов. От первых связей зависят аовдости цнокеств вариантов составляювдх структур: технологической, кинематической, конструкционной, а от вторых связей - моадость множества отношений вариантов составляющих структур, т.е. множества вариантов структуры компоновки станка в целоы.

Следует отметить, что структуру компоновки станка необходимо рассматривать отдельно для двух разновидностей элементов формы обрабатываемой детали, а именно, для элементарных поверхностей и их сочетаний. Такая дифференциация диктуется тем, что: во-первых, указанным элементам формы детали соответствуют различные мнонест-ва вариантов структуры; во-вторых, возможные для них варианты структуры зависят от различных групп параметров обрабатываемой детали.

Чтобы определить возможные варианты структуры компонован агрегатного станка для конкретной детали, необходимо знать модели связей этих вариантов со структурой технологического процесса и совокупностью доминирукдес параметров детали. К последним относятся: класс и группа детали,- параметры элементарных поверхностей, их пространственного к взаимного расположения; параметры точности и качества обработки.

Анализу взаимосвязи технологического процесса со структурой металлорегз'чих станков посвящены работы Ю.Л.Врагоза, А.И.Дащенко, Б.В.Калинина, А,Ф.Прохорова, Д.Е.Чарнко и др. ученых. Результаты этих работ являются основой для определения модели данной связи применительно к агрегатным станкам. Что касается связей вариантов структуры с доиинпруюсими параметрами деталей, то они мало.изучены и в литературе нет моделей их описания.

Б литературе нет такне моделей количественной оценки влияния вариантов структуры на качественные показатели станков: точность обработки и взаимного расположения элементарных поверхностей, технологическую надежность. Данные модели необходимы при Еыборе рационального варианта структуры, а такко для определения путей повышения точности и технологической нэдекности станков на струк-

турвоа урохше.

На основании изложенного сформулирована цель работы - повысить качество к эффективность компоновочных реыений и снизить трудоемкость стадии технологического предложения при проеширова-' над агрзгагшзс станков за с чат ра зрабохш: теоретических основ формирования ыаосаства вариантов структура, а ташго раскрытия и формализации их связей со структурой технологического процесса, .параиатралк эяеиангов фор1Ш обрабатываемых деталей, качественными в технико-экономическими показателями станков.

.. Б соответствии с поставленной целью основными задачами являются:

- разработка методологиии подели формирования вариантов структура компоновки станков, позволяющих раскрыть и формализовать связи кекду параметрами структуры, что необходимо для определения множества ее вариантов;

- определение математических иоделой количественной оценки влияния вариантов структуры на производительность, точность обработки и взаимного расположения -элементарных поверхностей, технологически надежность, агрегатных станков;

- определение формализованной модели описания параметров элементов фарш деталей и связи этих параметров с вариантами структура компоновки станков;

- разработка осиоз системного преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры компоновки станка;

- разработка математического и программного обеспечения подсистемы автоматизированного проектирования рационального варианта структуры коапоиовка агрегатных расточных станков.

Глава 2. Научные основы формирования мкояества вариантов структуры компоновок. Как показал анализ структуры компоновок ие-таллоревущих станков, множество ее вариантов образуется соответствующими отношениями ыокду вариантами составляющих структур -технологической, кинематической и конструкционной. При этом составляющие структуры и отношения аегду их вариантами необходимо рассматривать для дщх разновидностей элементов формы детали, а именно, для элементарных поверхностей и их парных сочетаний.

При такой дифференцированной подходе схему формирования вариантов структуры кокпоновок моено представить в виде дерева, показанного на рис. I. Здесь вершины обозначают иночества вариантов различных составлявших структур, а ребра - отношения между ними.

Данноа дерево имеет три уровня составляющих "структур. Так, на третьем уровне находятся множества вариантов технологической, кинематической и конструкционной структур соответственно для элементарных поверхностей ( , 52 и 53. ) и их парных сочетаний ( Б," , Бд и 5з ).

Второй уровень образуют цнокества вариантов технологическо-кинематическойструктуры (ТКС) для указанных элементов формы, а именно, Ц. и Оь . Рассмотрение данных промеауточных структур диктуется необходимостью определения совместного влияния параметров технологической к кинематической структур на качественные и технико-экономические показатели агрегатных станков.

Наконец, на первом уровне находятся мнсаества вариантов структуры компоновок для элементарных поверхностей ( К' ) и их парных сочетаний (Я ), которые на нулевом уровне образуют мно-аество вариантов структуры компоновок для совокупности элементов формы. .

В работе предлоаены модели формирования шюгеств вариантов составляющих структур по этапам, соответствующим трем уровням дерева (рис.1). Так, лвбув структуру третьего уровня модно предста-

Рис.1. Дерево инозеств вариантов структур компоновок.

ешь в вида класса множеств значений характеризующих ее параметров

(1)

где Ь =-1,2,3 - индексы, соответственно технологической, кинематической и конструкционной структур; А^; - множество значений ^ -го аарзшдра 1-ай структуры

(2)

а^- £ -ое аначение £ -го параметра; К-^ - число значений (мощность множества) ¿--го параметра; ~ число параметров

Ь-ой структуры.

При таком представлении структуры третьего уровня ее варианты формируются путем перебора значений соответствующих параметров с учет си связи иезд ними. Для этой цели наиболее подходящей моделью как по наглядности, так и по возможности формализации описания вариантов структуры является графическая модель в виде дерева. Данная модель имеет четную структурную основу и обладает определенными математическими свойствами. Ее могно использовать для решения таких первоочередных задач теории компоновок, как разработка языка исследований и определение компоновочных факторов качества.

Па втором этапе формируется множество вариантов ТЕС. Эта структура представляет собой класс множеств значений параметров, принадлежащих как технологической, так л кивеватической структурам

Для формирования множества вариантов ТКС используется также графическая модель в виде дерева. При этой дополнительно учитывается характер связи между параметрами технологической и кинематической структур. •

На третьей этапе варианты структур* компановок формируются путем перебора возможных сочетаний вариантов ТКС и конструкционной структуры. Эти сочетания образуют банараое отношение Н т.е. множество упорядоченных пар . ^

Предложенные методика и модели формирования множеств вариантов составляющих структур реализованы на примере агрегатных станков.

Согласно теории структурного развития технологических операций, разработанной проф. Д.В.Чаряко, технологические компоновки станков определяются сочетанием вариантов структуры процесса по основному времени с вариантами структуры процесса по вспомогательному времени. Первая структура характеризуется одним параметром -способом совмещения инструментальных переходов. Этот параметр имеет три значения - последовательный, параллельно-последовательный и параллельный способ совмещения, которые обозначаются соответственно как класс 1, П и Ш процесса обработки.

Б агрегатных станках при обработке элементарных поверхностей и ах сочетаний способы совмещения технологических переходов характеризуются указанными значениями. Отличие заключается лишь в их обозначении: для элементарных поверхностей они обозначаются как подклассы А, Б и В, а для их сочетаний - как классы X, П и Ш. В данном случае соответствующе структуры процесса по основному времени имеют следуювдй вид:

Эо-^подкласс) • 5'0={класс} .

Структура процесса по вспомогательному времени по данным проф. Д.В.Чарнко зависит от трех параметров: от этапа, группы и подгруппы. Кроме того, как показзл анализ, на структуру влияют такяе число установов детали и вид многопозиционной обработки.

Указанные параметры для агрегатных станков имеют следуваще значения:

- этап: Э1 - однопоточннй процесс; Э2 - многопоточный процесс без сдвига фаз обработки;

- группа: первая группа П - прерывная обработка с несовмещенным ^ус установки заготовки и сьеиа детали); вторая группа Г2 - прерывная обработка с совмещенным 1>ус 5

- подгруппа: СЦ - однопозиционнап обработка; много-позиционяэя обработка (для подгруппы сц СКП = ^ , а для подгруппы

С1а где - число позиций обработки.);

- число установок: один установ ("З^уМ) ; несколько установов (ЗЦ^Я);

- вид многопозиционной обработки: С1а) - последовательная;

&21~ параллельно-псслодовательн°я; О-гз" параллельная.

С учетом вашеиздоазнного структуры процесса по вспомогательно^ времени для элементарных поверхностей к их сочетаний можно , представать в следующем виде:

з'в={ Этап, группаДп, „ » (Ы

5'вЦЭтап, группа, Дп , би,^] .

В этих структурах имеет место корреляционная зависимость ме^ду' значениями параметров Гйу и • а такте манду и видов-

аногопозидаонной обработки. Так,'при возшзшш и

, а при З^ц^Я - только . Что касается видов

многопозицаонвой обработки, то они присущи только подгруппе аг.

Отновевия вариантов вышеприведенных структур процесса по основному а вспомогательному времени образует мнокества вариантов технологической структуры соответственно-для элементарных поверхностей а их сочетаний:

(?)

Следует отметать, что не все сочетания <5{,* > и<5о,Ь5>

/Ч I г* "

заходятся в отнооеник и Ь, . Это объясняется наличием

корреляционной зависимости манду видами многопозиционцой обработка, с одной сторона, и классами или подклассами, с другой стороны-

Кинематическую структуру компоновок агрегатных станков цогно характеризовать двумя параметрами: числом групп подачи и групп главного движения . Что касается групп деления, то их наличие или отсутствие косвенно определяется параметром "подгруппа" в технологической структуре. Так, подгруппа предполагав! наличие группы деления.

Параметрам кинематическое структуры присуощ по два характерных значения. Первое значение определяется из условия выполнения технологических пзреходов по элементарной поверхности или их парным сочетаниям общей группой подача ( = < и СК^' = I ) и об-цей группой главного двянения ( ЗС] И и!Ку = | ), а второе значение - индивидуальными группами подачи = тг=£ ) и индивидуадьвыми группами главного двигевия ( = и =

12

=rn£=2 ). Мезду значениями данных параметров отсутствует корреляционная связь.

На основании излокенного кинематическую структуру компоновок агрегатных станков для указанных элементов формы можно представать в следующем виде:

(8)

Хаядой из этих структур присуши четыре различных варианта.

На основе анализа работ, посвященных компоновкам агрегатных станков, предложены конструкционные структуры соответственно для элементарных поверхностей и их сочетаний:

5На"1, Кя А.з As > A;,} U (а-, А^, ,

(U ал

Здесь СЦ| - шаговое перемещение (1) деталей; 0.5.| - стационарное положение 1С) деталей; Аз_2, А33, кц и А 3.5 - множества значений параметров, характеризующих. соответственно: вид шагового перецещения деталей, положение траектории в пространстве, направление подачи относительно плоскости траектории и направления перемещения деталей; Д,^ и А^ - множества значений параметров, характеризующих положение установочной базы деталей в пространстве при стационарном положении и направление подачи относительно нее; A^b={too0 , tool} и Аз.6 = {-Ь000 ,t(DO,t0)0} -множества значений параметров, характеризующих подеиды шаговых перемещений для элементарных поверхностей и их парных сочетаний;

"ЬODO - шаговое перемещение детали на позицию обработки; too* ~ позиционное перемещение детали при обработке элементарной поверхности: 14 go и tD10 - позиционные перемещения детали при обработке парного сочетания элементарных поверхностей соответственно с шагом независящим и зависящим от . зраметров их взаимного расположения.

Множество А3.2, содержит пять основных видов шагового перемещения: круговое перемещение' В с R = o и В с R = a ; возвратно-поступательное перемещение П с R = го ; поступательное перемещение П с R = го и комбинированное перемещение ПВ > которое является результатом двух перемещений - П и В

Дза значения параметра содержат мнокзство А3.3 : горизонтальное ( Н ) а вертикальнее ( V ) лслокеаие траектория в пространстве .

По два значения параметров содержит маоаества f\3¿t и Аэ.5 :

- пзрпзкдакулярное ( Tt) и параллельное ( 1Н ) направление подачи к плоскости траектории;

- перпендикулярное ( Sx ) и параллельное ( 5// ) направление подает к направлении переизданий деталей. Причем ггекду значениями параметров млогеств и Аг 5 существует корреляционная

С5ЯЭЬ' д<с> '.<« .

Множества Азл а А 3.4 , salías, как я ьшоаестэа л3.3 и

А3 ¿5 содержат по два значения параметров:

- горизонтальное ( Нс ) и вертикальное (Ve ) полоаение установочной базы деталей в пространстве;

- перпендикулярное ( Т1С ) и параллельное ( Т//с ) направление подачи к установочной базе деталей.

На рис.2 показаны совмещенные деревья множеств вариантов конструкционных структур для элементарных поверхностей а их парных сочетаний. Отличие иеаду дерзвьями имеет место на шестом уровне, а именно: вариантам первой структура принадлежат pstípa tooo Ü t uoi , а второй структуры - ребра tOCo . tlc0 к t0<o •

На втором уровне составлязках структур находятся тезшологи-ческо-кине.иет::ческйе структуры (ТКС) Qv* и , представлаю-собой класс инохеств значений параметров, пранадлекавдх технологическим и кинематическим структурам. Для элементарных поверхностей данная структура имеет следующий вид:

0'={3тап,группа,подкласс,} £*о>

где Q.J ={ Этап, группа,},

X, подкласс,

Лодмноезство объединяет параметры ТКС, от которых зависят качественные показатели агрегатных станков.

Граф (дерево) мнокества взриантов ТКС для двух технологических переходов показан на рис.3. Здесь варианты ТКС, образованные цепями со штриховки реброи, характерны для процессов обработки с вращением детали (агрегатные токарные станки), а остальные варианта - в основное для процессов обработки с вращением инструмента

96ц

Рис.3.Граф множества основных вариантов ТКС для элементарных поверхностей

ЬН

сл

Рис,2.Совмещенные деревья множеств вариантов конструкционных структур для элементарных поверхностей и кх парных сочетаний

(например, агрегатные расточные станки).

Указанные варианты ТКС для двух технологических переходов является основными. Из них формируются комбинированные варианты при выполнении по элементарной поверхности трех и более технологических переходов (например, расточка отверстий). Эти варианты образуются путем продолжения целей графа С- для первого и второго технологических переходов цепями подграфа , во уже для второго и третьего технологических переходов и т.д.

Количественным признаком основных вариантов ТКС является цикловая производительность:

си*

I

Щ Ъщ

л 1=}

„(У

шах

Ня;

при, подкласса А 5 при. пооклассе В;

(,пр1ь 3],

п0,при. Э2;

(Ю с

При.

'<М и.

при. = Я и, Зч V= ^, пру. ^К^и- .

Ь] •

^гяш

и £

<Г

X

Р =

Гпс

.й;

'Ч

$, про. Х.^ и. по^ллшхе А, Г! при. Г А

Кг

О, при. Г 2,

1 , при. а по§*лшхе В,

Я, при а подклассе А;'

- длина рабочего хода; п^,- частота вращения ипинделя; - ыинугкая подача; Ь ~ вРеш переноса детали при переустановке; время переноса готовой детали; 11 быстрого подвода и отвода; ~ время транспортировки детали иенду позициями; tpo ~ время транспортировки детали с последней позиции обработки на загрузочную позицию; к'^, и Рпс - число последовательно выполняемых технологических и позиционных переходов соответственно; Н0 - число потоков обработки.

Указанная математическая модель применима и для комбинированных вариантов ТКС, для которых значения параметров , Злу , ,

, ^ и ^п изменяются от I до (числа технологичес-

ких переходов по ^ -ой элементарной поверхности).

Для парных сочетаний элементарных поверхностей ТКС имеет следующий вид:

• №

г§е 0." ={Этап, группа},

^я^^у '-^п, класс, ЗС5' Ду

п"

Здесь подмнокество объединяет параметры ТКС, от которых, как показали исследования автора, зависит точность взаимного расположения элементарных поверхностей.

Граф множества основных вариантов ТКС для парных сочетаний элементарных поверхностей аналогичен выкерассмотренному графу (рис.3). Отличие заключается в числе основных вариантов ТКС. Аналогична и обобщенная математическая модель для определения цикловой производительности при обработке парных сочетаний элементарных поверхностей.

Как видно из вышеизлогенного, в совокупность параметров ТКС входят параметры, характеризуете структуру технологического процесса. В результате при выборе любого варианта ТКС одновременно определяется и соответствующая структура технологического процесса.

Согласно предлоаенной методике варианты структуры компоновок для элементарных поверхностей и их парных сочетаний формируются путем перебора различных сочетаний вариантов ТКС и конструкционной структуры. Эти сочетания образуют бинарные отношения Я и Я

я'с о> ={< §\ 9' е о! а з; е Б; },

.1 „« „К Г « " 1 »г о" 1 г л'1 ^^

Я"с=С1хБ5={<5 ,53>)91Еаи53£83|.

Необходимо отметить, что не все возможные сочетания вариантов ТКС и конструкционной структуры образуют структуру компоновки, т.е. находятся в отношении ^'Я'Ьз или . Это объясня-

ется тем, что между значениями ряда параметров рассматриваемых структур имеет место корреляционная зависимость.

Для определения возможных сочетаний вариантов ТКС и вариан-

тов конструкционной структуры, отвечавших отношению R1 или R* , предложены матрицы компоновок, в которых столбцы соответствуют числу позиций обработки !КП , а строки - числу рабочих приспособлений !КРП (в рамках однопоточной обработки). По этим матрицам для конкретных вариантов конструкционной структуры находятся значения технологических и кинематических параметров, по которым идентифицируются варианты ТКС.

Предложенные методика и модели формирования вариантов структуры компоновок позволили выявить совокупность ранее неизвестных вариантов, которые целесообразно использовать для обработки сочетаний отверстий с пересекающимися и перекрещивающимися осями. Агрегатные станки с этими вариантами структуры компоновки благодаря использованию общего силового стола ( = { ) для обработки разноименных отверстий на различных позициях (»Я.) параллельными шпинделями обеспечивают высокую точность взаимного расположения их осей и отличаются высокой технологической надежностью.

Глава 3. Исследование влияния вариантов ТКС на качественные показатели агрегатных расточных станков. На основе разработанной модели ТКС предложен новый подход к определению связей ее вариантов с качественными показателями агрегатных станков: точностью обработки и взаимного расположения элементарных поверхностей, технологической надежностью. Он позволил подучить математические модели количественной оценки влияния вариантов ТКС на данные показатели. £ результате появилась возможность решения двух актуальных задач:

- расчетным путем определить качественные показатели агрегатных станков в зависимости от принятого варианта ТКС;

- определить пути повышения качественных показателей на структурном уровне.

Для отверстий, которые являются наиболее распространенными элементарными поверхностями, структура влияния основных вариантов ТКС на точность обработки показана на подграфе (рис.4).

Здесь приведены доминирующие факторы, влияющие косвенно или прямо на точность обработки.

К группе косвенных факторов относятся:

- погрешность Дц установки;

- погрешность Д п позиционирования;

- отклонение Ьпр от прямолинейности перемещения платформы силового стола;

- погрешности монтажа силового агрегата и шпиндельной бабки: отклонения Апц > Ас.в и ^п.в 01 параллельности направления

перемещения силоеого агрегата относительно оси контрольной поверхности эталона; от соосности оси вращения шпинделя с осью контрольной поверхности эталона и от параллельности оси вращения шпинделя направлению перемещения силового стола.

Результатом влияния этих некоррелированных случайных факторог является неравномерность йЪ припуска при выполнении последующего

Рис Л. Структура влияния основных вариантов ТКС на точность обработки отверстий.

технологического перехода вследствие смещения оси вращения инструмента относительно оси отверстия, полученного на предыдущем технологическом переходе. Неравномерность Дt в горизонтальной и вертикальной плоскостях для основных вариантов ТКС можно опреде-. Лить по следующей обобщенной формуле,предложенной автором:

VI-■-.-■-------—:-1-чМ

(А, (Дп ф г [(д,» • *'„.„£ - (л СЙ -

•»V—|-:-1

Ку =

КТ!р —

1 , при. =

K._,I, ПРИ ^„ = 2.,

JO, ripa

о, при i, зс=2.,подкла.с.се б, t,при- $¿ = 1,подклассе А,

}, при, ^v =2-;

■s-l.

Kn.Hr

О, при. а

I, ПРа = Леш/м . ,ПРа и.Кз = 1 ;

где - базовая длина измерения отклонений Апн и Дпв , ш; •£.0 - длина рабочего хода технологического перехода, т; Деш -отклонение размера мекду осями шпинделей, смонтированными в одной корпусе шпиндельной бабки, ыкм; к^ } , кп.н>кпр коэ&*ици-

евты влияния погрешностей Ду , Дп и отклонений Дп.н, ДПр> на Д1> .

Как показали расчеты, при использовании силовых столов класса точности Н "(по ГОСТ 16461-78) и соблюдении норм точности ион-таза силовых агрегатов и шпиндельных бабок (по ОСТ 2Н72-5-80) значение неравномерности ЬЬ для различных основных вариантов ТКС колеблется от 25 до 220 а км. В последнем случае колебание упругих смещений шпинделя монет достигать 10 шш и более.

Погрешность обработки от рассмотренной неравномерности припуска для агрегатного станка с и-вм вариантом ТКС моено определить по следуацзй формуле:

•s -НБ ---

(К)

'ci

где Су - коэффициент, характеризующий условия обработки; s -подача на оборот шпинделя; НЬ - твердост* материала по Бринелю;

- глубина резания; - кесткость системы СПИД с \,-ш вариантом ТКС; ,хр и п - показатели степеней.

К второй группе факторов, влияющих непосредственно ва точность обработки отверстий, относятся динамические смещения §д к соответственно детали и оси вращения шпинделя на позиции

чистовой обработки от сил резания черновых переходов, выполняемых параллельно на других позициях.В даныок случае имеем:

О , при. подклассе К,

= ^ ^штах > пра В а ^ = 1, (¡6)

|§шгпи1 , пра по^клале В и.!К{ = Я;

^ _ Го, при. подклассе А, ^

^ 1^А,при» подклассе В.

Как показали экспериментальные исследования агрегатного расточного станка, колебания диаметра от суммарного динамического смещения + при чистовой обработке достигают значе-

ний, соизмеримых с допуском по 7-му кЕалитету.

К третьей группе факторов, влияюядас на точность обработки отверстий, относятся погреаности е.п , 6Ц , ент и еип вращения впинделя, зависящие соответственно от класса точности подшипников, предварительного натяга 'в опорах, их теплового натяга и износа подшипников. Значения этих факторов, в свою очередь, зависят от кинематического параметра . Для основных вариантов ТКС имеем:

_ [б , пРи^Ч

Нг ' "в)

, При.

Г-(Н) С(П1

где ов и ов - суммарные погреаности вращения шпинделя, соответствующие расточным бабкам классов точности Н и П.

Погрешность обработки отверстий при действиями совокупности рассмотренных групп- факторов для -го варианта ТКС определяется по следующей формуле

ОгУС^Сь^вь

Влияние выверассмотренных факторов на точность обработки отверстий пра выполнении по ним трех и более технологических переходов определяется исходя из соответствующих комбинированных вариантов ТКС. Для наиболее распространенных комбинированных вариантов ТКС, применяемых при обработке коротких отверстий без направления инструмента ("жёсткими" шпинделями), определены соответствующие им квалитеты.

На основе предложенного подхода к определению связей вариая-

tob TKC с качественными показателями ^агрегатшг: станков получены также математические модели количественной оценки влияния вариантов структуры на показатели точности взаимного расположения отверстий с параллельными, соосншш, пересекающимися и перекрещивающимися осяки.

Глава 4. Научные основы определения связей параметров деталей с вариантами.структуры компоновок. При проектировании компоновок металлорежущих станков первостепенной задачей является выбор возможных вариантов их структуры, обеспечивающих обработку ко&кретных деталей в соответствии с техническим заданием.

Для решения указанной задачи применительно к агрегатным станкам нужно определить и формализовать сеязи параметров деталей с вариантами составляющих структур. С этой целью необходимо сначала установить и формализовать совокупность параметров, влияющих на параметры структуры.

Как показал анализ, на варианты структуры компоновок агрегатных станков влияет совокупность разнообразных параметров деталей. К ним относятся: класс, группа и масса деталей; параметры элементарных поверхностей и их пространственного расположения, а также параметры точности и качества обработки.

Чтобы представить такую информацию в виде условного выражения предложена формула, в которой предусмотрена дифференциация совокупности параметров по отдельным свойствам детали

Ф(г)=Ф;г1и<и...иФ;г,и...иФ^, (яо)

где U - символ объединения множеств; - класс множеств

значений параметров, характеризующих L -ое свойство г -ой детали или формула С -го свойства ?

X^j - множество значений ¿--го параметра L-ro свойства;

К-ь~ члсло параметров {, -го свойства; ц ~ число свойств детел»«

Как показал анализ деталей, ГОСТа 14.417-81, работ по технологическому классификатору деталей и по исследованию влияния свойств деталей на процесс переналадки системы СПИД, для них можно выделить шесть свойств, каждому из которых присуща определенная

закономерность связи совокупности его параметров с вариантами составляющих структур компоновок. Тагами свойствами являются:

1) форма заготовки - формула Ф, ;

2) элементарные поверхности (элементы формы детали) - фор- , аула ;

3) точность и качество элементарных поверхностей (качественные элементы) - формула Ф3 ;

4) сочетания элементарных поверхностей (элементы формы детали) - формула Ф^ ;

5) точность взаимного расположения элементарных поверхностей в сочетаниях (отновения) - формула Ф5 ;

6) пространственное расположение элементарных поверхностей -формула Ф & •

Для множества допустимых деталей, которые можно обрабатывать не агрегатных станках, совокупность указанных свойств описывается объединением классов универсальных множеств, т.е. множеств, которые содержат все допустимые значения соответствующих параметров:

Ф = Ф1и...иФ1и...иФп (пИ,...,6), (¿2) где ФЬ={Х-И

Хц - универсальное множество значений -го параметра I -го свойства множества допустимых деталей.

Чтобы Еыбирать возможные варианты структуры компоновок агрегатных станков для конкретных деталей, необходимо определить и формализовать связи универсальной формулы со всей совокупностью вариантов структуры. С этой целью универсальные множества значений- каждого параметра разбиваются на подмножества, члены которых одинаково влияют на то или иное значение параметра или совокупность значений параметров структуры. В результате такой идентификации эквивалентных между собой значений параметров для Ь -го свойства получим следуазую универсальную структурную формулу (УСФ)

1 ЦП >"*' иЬ1 ¡'■■■'¡ли >--->л|,2>-">л1.г />•••

• • • >{>Ц > - ■ ■- > . • • -' К^1}} •

г-о (1=^.- ¿-ое подмко-

гоство значений 2 -го'парамзтра Ь-го свойства, для которых характерна однотипная закономерность связи с параметром структуры компоновки.

т- (>}

Для определения совокупности кортегей подашогеств / 1г , образующих варианты УСФ, предложена графическая модель в виде де-розьсв, ребра которых соответствуют указанный подмножествам. Дан-лая модель наглядна и позволяет получать формализованное описание вариантов УСФ.

Принцип образования УСФ (идентификация эквивалентных ленду собой значений параметров) леаит в основе процесса определения и ' формализации связей ее вариантов с вариантами .составляй?®: структур компоновок. Для кандого варианта УСФ возаогнье варианты составляющей структуры определяются исходя из совокупного влияния коргеаз поднноазств значений его параметров. Формализованное описание данной кногестванной связи представляется в виде матрицы отношения, в которой столбцы соответствуют вариантам УСФ, а строки - вариантам составляющей структуры компоновки.

Глава 5. Основы системного проектирования структуры компоно-зо,-:|агрегатных станков. При системном проектировании структуры компоновок агрегатных станков в качестве целого предлагается кно-гоуровневая иерархическая система "Формула детали - станок - деталь (ФСД)", преобразующая информацию чартера в материальную деталь при ьнзимальных приведенных затратах. В этой системе частью целого являются такие процессы, как проектирование, изготовление и эксплуатация агрегатного станка. В свою очередь, каждый из указанных процессов с учетом взаимосвязей ме^ду ними представляет собой тапае целое, но относительно составляющих процессов более низкого уровня.

Строение системы ФСД и связи между подсистемами различных уровней представлены на структурной схеме, показанной на рис.5. При ее разработке учитывалось следующее:

1) расчленение процесса преобразования на три части - проектирование, изготовление и эксплуатация агрегатного станка (подсистемы первого уровня);

2) долепив процесса проектировании на стадии (подсистемы второго уровня);

3) дифференциация процесса определения структуры компоновок по элементам формы детали (подсистемы третьего уровня).

Б предложенной системе ФСД первая стадия процесса проектирования включает пять подсистем: 04 - информация операционного чар-

tesa детали; F - обобщенная УСФ, посредством которой 04 преобразуется в варианты УСФ (формализованное описание 04); ft- технологические требования: вид обработки элементарных поверхностей, требуемый роиущий инструмент и т.д.; F3 - дополнительные требования заказчика; Ni— годовая программа выпуска деталей. Эти подсистемы является основой технического задания на разработку агрегатного станка. Чта касается окончательной схема обработки, то она определяется на второй стадии проектирования при выборе ТКС для кагдого элемента формы детали и для их совокупности.

, Вторая стадия процесса проектирования включает подсистемы R , R", R П32 и « Выходом подсистемы R для j-ой элементарной поверхности (с учетом информации подсистем и F3) является подмножество возможных вариантов структуры компоновки R^CZ R = .,N), которые в подсистеме ПЗ, оцениваются по приведенный годовым затратам. Результатом данной оценки является рациональный вариант структуры

F¿(x') —* min .

где F¿(X }- целевая функция (приведенные годовые затраты).

Аналогичные преобразования, происходят в подсистемах RH и

, выходом которых является рациональный вариант структуры компоновки для сочетания % -ой и I -ой элементарных поверхностей

li¿tRiÍ (Í'S-mN; 1=1.....н-1; ¡,*j)

_ , ». (25)

Fij(4-~ min.

В подсистеме R осуществляется интеграция рациональных вариантов структуры компоновок по каждому элементу формы детали в подмножество вариантов структуры компонован для совокупности этих элементов, предусмотренной 04. Полученное подмножество вариантов структуры затем оценивается по приведенным годовым затратам в подсистеме Г!Э3 , 2 результате чего выбирается рациональный вариант

F(x}— vrim,

на базе которого выполняются последующие стадии проектирования агрегатного станка.

На третьей стадии процесса проектирования согласно иетодике ЮЛ.Солокенцава и А..Ф.йрахорава разрабатываются функциональные блока.. В агрегатных станки к нйн относятся-, инструментальная наладка ИН, представляйся коибинацяю инструментов и блоков инструментов; блок направления инструментов БНй| блок смени ипструаен-тов БСИ; приспособление П; блок позиционирования заготовок БПЗ; блок главных движений БГД; блок движений подач БП; блок несущей системы БНС; блок системы управления БСУ и блок вспомогательных двякеиий БВД, Разработка функциональных блоков выполняется на основе принятых вариантов технологической , кинематической §г и конструкционной структур &3 , образующих рациональный вариант структуры % компоновки в целом.

Выходная информация третьей стадии проектирования в дальнейшем преобразуется в подсистемах четвертой и пятой стадий (на рис. 5 не показаны). Коначвым результатом данного преобразования является рабочая докумеатация на оригинальные узлы и детали функциональных блоков.

Процесс изготовления в систеие ФСД расчленяется аа подсистемы ИЗ, соответствующе функциональный бзгохаа агрегатных станков. Наряду с этим, выделяется подсистема 14 - монтаж станка, в которой выход подсистем ИЗ преобразуется с учетом влияния принятых §,, 8 53 на виды проверок геометрической точности.

В рамках системы 8СД разработаны основы системного преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры компоновок, базирующиеся на принципе дифференциации:

- информации чертежа детали по определенным свойствам;

- составляющих структур номповоэки по типу параметров и по разновидностям элементов формы детали;

- процесса выбора и оценки возможных вариантов структуры яоияоновки по каждому элементу формы детали.

Получены формулы, отраааюдае характер влияния параметров структур компоновок на соответствующие составляющие приведенных затрат.

Разработаны научно-практические основы применения базовых вариантов составляющих структур компоновки при создании агрегатных станков для различных типов деталей, что позволяет:

- связать трудоемкость проектирования;

- сократить коиенклатуру покупных и изготовляемых унифицировавших -слов и деталей, входящих в базовые функциональные блоки и зависящие от- них блока;

- организовать серийное производство базовых элементов и,

¡tea caiiKis, снизить трудоемкость их изготовления и повысить рит-мязеость ярогзводства;

- осуществить парйнеладку агрегатных станков в производственных условиях с целью перехода от одного типа детали к другому путей аамзаы шбазовнх функциональных блоков.

Возможность переналадки агрегатных станков с базовыми вариантами составляющих структур компоновки создает предпосылки ддя разработка на ах основе:

- гибких автоматических линий для массового и крупносерийно-rowпроизводства цутем объединения группы таких станков транспортными работами;

- специализированных Ш модулей путем оснащения этих станков вспомогательными устройствами для автоматической смены небазовых функциональных блоков.

Ддя аграгахяыг•станков с базовыми вариантами составляющих структур компоновки разработана методика определения обобщенной структурной форшуяк, по которой определяется возможность использования гаках станков для обработки той или иной детали. В основе методики лезат предложенные матрицы отношения связи вариантов УСФ с вариантами структур компоновок.

Глава 6. Разработка базовых вариантов структур компоновок агрегатных станков. Б работе реализованы научно-практические основы применения базовых вариантов составляющих структур компоновки пра создании-агрегатных станков для различных типов деталей. Так, для бальной номенклатуры деталей типа ступиц, дисков, фланцев, крышэк, рычагов, скоб, вилок и т.д. разработана вертикальная базовая конструкционная структура компоновок с поворотно-делительным столом (s3g-{m,B,H,TifSj.} )• Она содержит горизонтально расположенный поворотно-делительный стол с план^шайбой диаметром 1000 мм и вертикально расположенный силовой стол шестого габарита с длиной хода платформы 630 ш. На платформе силового стола усте-новлон угольник шестого габарита, на котором в зависимости от обрабатываемых деталей крепятся соответствующие шпиндельные коробки одного типоразмера (820x1000 мм).

Монтаж базовой конструкционной структуры выполняется без шпиндельной коробка а приспособления. При проверка ее геометрической точности контролируется расположение установочных элементов под шпиндельную коробку относительно установочных элементов под приспособление. Контроль осуществляется при помощи контрольных устройств по схемам проверки, разработанным автором. Благодаря этим проверкам в.дальнейшем при монтаже на базовой конструкцион-

ной структуре компоновки различных шгандздьиа: коробок и приспособлений отпадает необходимость в последующих проверках и корректировке точности расположения осей вращения шганделей относительно детали. В результате появляется возможность перехода от одного типа детали к другому в производственных условиях.

На основе выявленных вариантов структуры компоновок разработан базовый вариант кинематика-конструкционной структура

= - §зБ = {Ш, В , Н, Т//, Sj. , t сю } ) Для

обработки основных отверстий з корпусзх унифицированных и специальных конических редукторов с углога наклона между осями JJ =• 90°. Она содержит горизонтально расположенный поворотно-делительный стол с планшайбой 800 мм и горизонтально расположенный силовой стол пятого габарита с максимальным ходом платформы 400 ам. На платформе силового стола установлена двухшпиндельная унифицированная расточная бабка и редуктор.

В агрегатных расточных станках с данной базовой кинематико-конструкциокной структурой при переходе в производственных условиях от одного типа детали к другому необходимо запенить лишь приспособление, инструментальную наладку и сменные колеса в унифицированном редукторе. На этих станках можно обрабатывать в основном мелкие корпуса конических редукторов. Что касается средних и крупных корпусов конических редукторов, то для них разработаны еще два типоразмера подобных базовых кянематико-конструкционкых структур.

Применение базовых вариантов составляющее структур ко: :оно-вок при создании агрегатных станков для различных деталей обеспечивает ряд преимуществ:

- сокращаются трудоемкость и срою: проектирования;

- сокращается номенклатура покупных и изготовляемых унифицированных узлов и деталей, появляется возможность организации серийного производства базовых элементов, что позволяет в определенной маре снизить трудоемкость их изготовления и повысить ритмичность производства;

- достигается гибкость станков по номенклатуре деталей путем замены на базовнх структурах соответствующих небазовых функциональных блоков, что'расширяет область элективного применения станков.

Возможность переналадки агрегатных станков с базовыми вариантами структур компоновок при переходе от одного типа детали к другому (в пределах определенной совокупности деталей) создает предпосылка для создания специальных и специализированных гибких

производственных (ГЦ) модулей. С этой целью на них необходимо предусмотреть соответствующие вспомогательные блокиг обеспечивающие автоматическую сме^у небазовых функциональных блоков и изменение программы его работы.

На.основе агрегатного станка с базовой кинематико-конструк-ционной структурой (5«'{3?5 = 1,:к;=а}, Ь«={ш > Н ,

/-^х , t0<o }) разработан специализированный аногопозиционный 'расточной ГП модуль для обработки основных отверстий в корпусах унифицированных конических редукторов. Данный модуль входит в со-ста'в гибкой производственной системы, созданной для Ташкентского агрегатного завода.

Агрегатные, станка с базовыми вариантами структур компоновок, использованы в СКТБС НПО "Технолог" такие при создании гибких (.гибкость по номенклатуре) роботизированных автоматических линий для корпуса трансмиссии и локаерона рамы, работающих в условиях крупносерийного'и'массового производства. Переналадка таких линий при переходе к новой или модернизированной детали заключается в замене на агрегатных станках небазовых функциональных блоков, схватов транспортных роботов, а также использовании резервных сторон обработки, если в этом есть необходимость. '

Глава 7. Разработка математического, программного и информационного обеспечения САПР структуры компоновок агрегатных расточных станков. На осноге предложенных методики и модели формирования ынокеств вариантов структуры компоновок, формализованного описания параметров детали и их связи с вариантами' структуры компоновок, а такае схемы процесса преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры разработана математическая формулировка задачи применительно к агрегатным расточным станкам. Она разбивается на две части.

I. Определить рациональный вариант структуры компоновки для },~ой элементарной поверхности (отверстия), обеспечяЕаювдй ее параметры при минимальных приведенных годовых затратах

(И,—*»)

(Я7)

гае

§ КОМ Б. £ £ Ос КОН Б. Э.И^Ь

г и- ~ подмножества вариантов соответ-

ственно конструкционной структуры и ТЯС, характерные для 1 -ой заготовки и варианта пространственного распологения £ -ой

элементарной поверхности; (ЩЩл и ^мтЦ^ ~аод~

множества вариантов ТКС, характерные для вариантов Р . О «

Фб.г;

ф

1.г

ф

Ф

кц

С

Ч.г

12Щ

в1

в,

Б=

Я'

ЭДиЛ«!)

п'

П

е

-1

Рис.6.Структурная схема определения рационального варианта структуры компоновки для ¿-го отверстия «

На рис.6 показана структурная схека определения рационального варианта структуры компоновки для ^ -го отверстия. Здесь информация Ф,.г , Фа.ш^. • 11 ^Ь-Ц > характеризующая паракет-ры заготовки, отверстия, его качества и пространственного расположения, сначала в подсистемах , ^ » ^ и ^ преобразуются в варианты 2. _ , Р„ т , 9 ^ к И р, соответствующих ?СФ. Затем

'М.х ТЭ.Г»^ 1 б-^З-

по дайной формализованной информации в подсистемах к', в2 и Б3 выбирается подмножества Ц'11 Ц'копб^эд) вариантов ТКС, обеспечивающих указанные параметры дифференцированно. Далее в подсистемах П и 6 определяется соответственно пересечение подмножеств ,„и

(ШвлДй)" принадлежность подмножества 0!Комб. (¡Рз.к*} к данному пересечению. Наконец, в подсистеме п* 113 возможных вариантов структуры' компоновок, обеспечивающих совокупность указанных параметров, выбирается рациональный вариант с минимальными приведенными годовыми затратами.

* Аналогичная структурная схема разработана для определения рационального варианта структуры компоновки для парного сочетания Ь -го и £ -го отверстий.

На основе указанных структурных схем разработаны алгоритм и программное обеспечение.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны методология "и модель формирования вариантов структуры компоновок, базирующиеся на принципе дифференциации структуры по типу характеризующих параметров (технологические, кинематические, конструкционные) и по разновидностям элементов формы деталей, что позволяет раскрыть и формализовать связи между вариантами составляющих структур, необходимые для определения множества вариантов структуры в целом.

На базе предложенных методологии и модели выявлены ранее неизвестные варианты структуры компоновки для обработки сочетаний отверстий с пересекающимися и перекрещивающимися осями.

2. Получены обобщенные математические модели связи вариантов технологическо-кинематической структуры (ТКС) компоновок для элементарных поверхностей и их парных сочетаний с цикловой производительностью, позволяющие сравнивать в рамках САПР возможные варианты ТКС.

3. Определены структура и на ее основе математические модели количественной оценки елилния вариантов ТКС на точность обработки, позволяющие определить пути ее цовыиения на структурном уровне и установить отношения связи вариантов ТКС с параметрами точности и качества обработка, необходимые для выбора в рамках САПР возможных вариантов ТКС.

Теоретически обоснованы и разработаны пути повышения тех~ нологической надежности агрегатных расточных станков на структурном уровне, базирующиеся:

- на сокращении числа случайных факторов, влияющих на начальное поле рассеивания погрешностей, путем выбора соответствую-" щих вариантов ТКС на основе выявленной их связи с числом случайных факторов;

- на создании между случайными факторами (в частности, между погрешностями монтажа силовых агрегатов) корреляционной зависимости, благодаря которой исключается или значительно уменьаается их совместное влияние на поле рассеивания соответствующих погрешностей;

- на предыскажении начального математического ожидания погрешностей при известной закономерности его изменения;

- на обеспечении инвариантности (полной или частичной) математического ожидания погрешностей к процессам средней скорости и медленный процессам (износ направляющих силового стола) путем выбора соответствующих вариантов ТКС.

5. Разработан и внедрен способ корректировки ориентации силовых агрегатов при проверке геометрической точности станков, позволяющий получить корреляционную зависимость между погрешностями монтажа. Зтот способ без дополнительных капитальных затрат позволяет поеысить начальную геометрическую точность на 40-45 % и снизить трудоемкость проверки в 1,5-2 раза.

6. Разработаны формализованная модель описания параметров множества деталей в виде универсальной структурной формулы (УСФ) и на ее основе модель их множественной связи с вариантами составляющих структур компоновок, которые позволяют решать две задачи:

- выбирать в рамках САПР с учетом заданных ограничений возможные варианты составляющих структур, обеспечивающие параметры элементов формы конкретной детали (прямая задача);

- определять обобщенную структурную формулу совокупности деталей, которые можно обрабатывать на агрегатных станках с теми или иными базовыми вариантами структур компоновок (обратная задача),

7. В рамках системы "формула детали - станок - деталь (ФСД)" разработаны основы системного преобразования информации технического задания в рациональный вариант структуры компоноеки, базирующиеся на принципе дифференциации:

- информации чертежа детали по определенным свойствам;

- составляющих структур компоновки по типу параметров (технологические, кинематические, конструкционные) и по разновидностям элементов формы детали;

- процесса выбора и сценки возможных вариантов структуры компоновок по каждому элементу формы детали. Такой дифференцированный

подход позволяет в рамках САПР повысить качество и эффективность компоновочных решений.

8. Разработаны научно-практические основы применения базовых вариантов структуры компоновок при создании агрегатных станков для различных типов деталей, что позволяет снизить трудоемкость проектирования и изготовления станков, а также обеспечить их гибкость по номенклатуре деталей путем замены небазовых функциональных блоков.

Возможность переналадки.агрегатных станков с базовыми вариантами составляющих структур компоновки создает предпосылки для разработки на их основе:

- гибких автоматических линий для массового и крупносерийного производства путем объединения группы таких станков транспортными роботами;

- специализированных ГП модулей путем оснащения этих станков вспомогательными устройствами для автоматической смены небазовых функциональных блоков.

9. Разработаны математическое а программное обеспечение подсистемы автоматизированного проектирования структуры компоновок агрегатных расточных станков, в основз которого лежит принцип дифференцированного поиска рационального варианта структуры компоновки для каждого элемента формы детали, что позволяет повысить качество и эффективность компоновочных решений для совокупности обрабатываемых элементов формы.'

Основные печатные работы автора по теме диссертации;

1. Перегудов Д.В. Влияние кинематико-технологической структуры компоновка агрегатных станков на точность обработки отверстий. - Станки и инструмент, 1985, fc 3, с. 5-7.

2. Перегудов Л.Б. Исследование точности и динамики процесса останова исполнительного органа токарных станков с позиционными системами программного управления. Дис. на соиск. учен.степ.канд. техн.наук. - Ташкент: ТзшПЯ, 1969. - 155 с.

3. Перегудов Д.В. К вопросу создания систем точного останова исполнительного органа металлорежущих станков. - В кн. "Автоматизация привода, управления и контроля в машиностроении". - !>';.: Наука, 1974, с. 112—117.

4. Перегудов Л.В. К вопросу формирования множества вариантов технологическо-кинематаческой структуры агрегатных стэнкоб при автоматизированном проектировании. - Вестник машиностроения, 1985, L 10, с. 62-65.

5. Перегудов Л.В. Привод рабочего движения для станков с пе-

ряодггчески изменяющимися усилиями резания. A.c. fe 433996, СССР, Бюллетень К» 24, 1974.

6. Перегудов Л.В. Проектирование агрегатных станков (Систематизация и выбор компоновок). В 2-х ч. - Ташкент: ТашПИ, 1982 -

4.1, 74 с.

7. Перегудов Л.В. Проектирование агрегатных станков (Систе-цатизавдя и табор компоновок). В 2-х ч. - Ташкент: ТаыПЙ, 1982. -

4.2, 72 с.

С. Перегудов Л.В. Повышение надежности агрегатных расточных станков. - Станки и инструмент. 1986, te 7, с. 12-14.

9. Перегудов Л.В. Система "формула детали - агрегатный станок - деталь" как основа создания агрегатных станков. Сб. научн. трудов ТашПИ "Кеталлореяущие станки и технология обработки металлов резанием". - Ташкент: ТашПИ, 1984, с, 10-13.

10. Перегудов Л.В. Структурная формула как средство определения взаиаосвязи параметров детали с вариантами структур компоновок агрегатных станков. Сб. науч. трудов ТашПИ "Теплофизика технологических процессов". - Ташкент: ТашПИ, 1985, с. 19-22.

11. Перегудов Л.В., Бзлага В.Б. Систематизация технологических схем агрегатных расточных станков. - Станки и инструмент, 1983, fö 9, с. 13-15.

12. Перегудов Л.Е., Белага В.Б. Создание агрегатных станков на основе различных базовых компоновок для обработки деталей сельхозмашин. - Технология, экономика и организация производства. -М.г ЦНИГОНтранторосельхозмаш, 1984, К 2 (20), с. 6-II.

13. Перегудов Л.В., Белага В.Б. Создание аноппозиционных ГП модулей на основе агрегатных станков с базовыми структурами компоновок. - Станки и инструмент, 1987, К; 5, с. 9—II.

14. Перегудов Ji.E., Белага В.Б. Унифицированный ряд агрегатных расточных станков для обработки корпусов конических редукторов с межосевым углом, равным 90°. Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы в машиностроении". - Ташкент: ТашПИ, 1977, с. 20-22.

15. Перегудов Л.В., Белага В.Б., Суровцев В.А. Применение агрегатных расточных станков для обработки корпусных деталей сяль-скохозяиственных машин. - К.: ЩШТЭМтрактороселъхпзмащ, 1975. -36 с.

16. Перегудов Ji.B., Попов A.B. Блочная компоноекэ привода главного движения агрегатных расточных и фрезерных станков. -Станки и инструмент, 1931, fc 10, с. 10-12.

17. Перегудов Л.В., Попое A.B., Белага В.Б. Создание и внед-

рание на предприятиях orраспи агрегатных станков с блочной компоновкой привода главного движения. - Технология, экономика и организация производства. - И.: ЦНШТЭИтракторосельхозмаш, 1980, № 2(12), с. 31-35.

18. Перегудов Л.В. и др. Разработка и исследование на точность и производительность агрегатных расточных станков. Отчет по НИ? Ш Б776686. Номер госрегистрации 77013408. Ташкент: ТашПИ, 1973. - 140 с.

19. Перегудов Л.В. и др. Разработка и исследование на точность и производительность безовкх агрегатных расточных станков. Отчет по НИР № Б9Э3951. Номер госрагистрации 80QI58IQ. Ташкент: ТашПИ, 1980. - 73 с.

20. Перегудов Л.В. и др. Разработка технологических комплексов на база агрегатных станков СКТБС НПО "Технолог" и упрощенных промышленных роботов и манипуляторов. Отчет по НИР й 0285,0042891. Номер госрагистрации 01.85.0034612. - Ташкент: ТашПИ, 1984. -

60 с.

21. Белага В.Б., Перегудов Л.В. Анализ технологических схем агрегатных расточных станков при обработка корпусов унифицированных редукторов сельскохозяйственных машин. - Технология, экономика и организация производства. - К.: ЦНЯИТЭИтракгоросельхозмаш,

& 2(4), 1976, с. 39-54.

22. Белага В.Б., Перегудов Л.В. Быбор оптимальной технологической схемы агрегатных расточных станков. - Вестник машиностроения, 1978, & 9, с. 45-49.

23. Белага В.Б., Перегудов Л.В. Новая технологическая схема агрегатных расточных станков. - Вестник машиностроения, 1976,

К- 10, с. 67-70.

24. Белага В.Б., Перегудов Л.В. Опыт создания и применения роботизированных,автоматических линий из агрегатных и специальных станков для обработки корпусных деталей. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемные вопросы автоматизации производства". - М.: НИШаш, 1984,'с. 53-54.

25. Белага В.Б., Перегудов Л.В. Роботизированные автоматические линии из агрегатных ставков для обработки корпусных деталей. - Станки и инструмент, 1986, to II, с. 16-18.