автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение структурно-компоновочного построения круглошлифовальных станков для типовых гибких производственных модулей

}-3 9 .........__

Г.. ■ •.....::ï-

. it <са

fërcu. .АЦЛ

у;;:-; еиз. sa. za.n*. eis. з:ô=i.<;2. c-i

СПИНОЗ 2.T-:ZC."_'.2 Einer

ТгТ.:С.\:>ПГ-£Сл02 СЕлЗЕЧгЗЗ С'.'РУХТ^^О-КС^ПОНС^ОЧ^ГГО

потгпеж стлнкоз для тглов'с-:

ПЭГ nFOÍIocOZwL-EÍIHX;

Специальность 05. 02.08 - Технология мап;-:ксатрсс-н:!Я

АВТОРЕФЕРАТ дпссертзгл:::: ка со::с:<лн::э у':с-:г. ï стспэн-: ка::ли,;атг техничее::::}: наук

Самаре - 1993

t •

Работа выполнена на кгфодрс "Технология каоикостроензя" Ульяновского политехнического института.

Научный руководитель - Доктор технических кауг, профессор

В. Б. Ефлиоз

I

Официальные оппонента - Доктор технических наук, профессор

Ф. К. Дёынн - Кандидат технически}: наук, доцент А. Ф. Деняселкс

Ведущее предприятие - ПО ыашипостроительныЗ зг.зед пи. З.Воло-.дапскогс С г. Ульянове:;)

Защита состоится " ОПрв/Ы 1993 года з Ю часов ка заседании специализированного Совета Д 053.26.02 Самарского государственного технического университета С 443010, г. Самара, ул. Галактиснозская, 141).

С диссертацией uosho ознакомиться е библиотеке университета.

Автореферат разослан " \5_ " _MjfpTQ 1993 г.

Учета секретарь специализированного Сог-этг

д.т.н., профессор [■ у ' Я.М.Клейакор

Об«ая характеристика работы

Актуальность работа

Современный этап развития машиностроения ^растеризуется переходом к комплексно автоматизированному производству, в котором проектирование и изготовление изделий составляет единую пнтеграро-ванную на основе компьютеризации гибкую- производственную систему СГПС). Одной кз основных задач, стоящих перед отечестзенн'.;« станкостроением, является расширен:!? впуска эффективных и надетых ГПС, в том числе гибких производственны:: модулей (ГПМ). Наибольшие успехи достигнуты в создан;:-! ГПМ -ля токарной обработки заготовок и изготовления корпусных деталей.

В то хе время, в связи с неуклонным повышением требований к качеству изделий .становится все более актуальной задача создания шлифовального оборудования для условий гибкого производства. Кегду тем з странах СНГ только е^.е приступили к освоению гаммы яругло-слифсвалькых модулей.

Опыт эксплуатации ГПМ в промыкленности показал, что эхокомический аффект, полученный на практике часто оказывается меньш. о.-:лаемсго. Во-многсм это связано с тем, что гибкость соэ^а-_ае!,;!л/. ГПМ, определяемая в основном тс-хнологическами еозмох-ност.таи м^таллоретучего станка, существенно превызаот тресозання, предъявляемые к ней производством. Это приводит к необходимости разработки типовых ГШ, потребительские свойства которых Стехнологические возможности, гибкость, стоимость, надежность, модульпоэ построение и т. д.) зависят . от решения целого комплекса технологических задач по структурно - ко'стонсвочнему построению илифозальннх станков.

Э связи с этим, задача технологического обеспечения этапа проектирования структур и компоновок круглс:илибоззльк1п; станков для типовых ГПМ язллотс.т актуальной.

Автор защищает:

1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований влияния классификационных признаков деталей машин на параметры функционально-технологических структур (ФТС) станков типовых круг-лошлифовальных ГПМ.

2. Принципы создания межотраслевого банка данных (БД) о деталях машин и результаты теоретико-экспериментальных исследований оптимального группирования деталей по конструктивно-технологическим характеристикам с учетом структуры технологических операций круглого шлифования в типовом ГШ!.

3. Результаты функционального анализа многоцелевых шлифовальных станков (¡ПС), составляюсщх основу типозкх ГШ, к синтеза их компоновок кз унифицированных функциональных блоков с обоснованием размеров рабочего пространства.

4. Региональны?, межотраслевой БД о деталях машин, сформированный на основе анализа предприятий машиностроительного комплекса Ульянозской области, и методику кодирования и классификации деталей по предприятиям.

5. Результаты экспериментально-статистических исследований влияния характеристик деталей БД и технологии . кх плифозания на формирование оптимальных групп деталей, ФТС, компоновки и типоразмеры станкоз типовых круглошлифОЕальпых ГШ.

6. Пахеты прикладных программ для обоснования информационной модели детали (ИМД). автоматизированного кодирования и группирования деталей и выбора типоразмеров ГШ.

Поль р.эботч. Разработка типовых ГШ для шлифования заготовок деталей типа тел вращения путем научно - обоснованного Еыбсра йунхшоаально-техног.отаческку. структур и у.смпонсезх кругло^лифо-вальных станкоз.

Научная .новизна. Разработана технологические основы создания типовых кругяошлкфозальных ГПМ: 1) теоретически и экспериментально обосновано число классификационных признаков з информационной модели детали, необходимое и достаточное для разработки функционально-технологической структуры СФТС) типового ГШ; 2) предложена методика группрозания деталей на основе бинарных отношений мегду классификационным признаками и формообразупцимп координатная: перемещениям.;! исполнительных органов станка с учетом структуры операций круглого шлифования; 3) обоснована функционально-структурная модель станка типового ГШ, пезволжцая установить взаимосвязь классификационных признаков деталей, формообразувщп: координат и исполнительны:': .органов станка, с целью унификация последних; 4) предложен алгоритм решения задачи синтеза компоновок станков типовых ГШ из унифицированных блоков по критерии мпнимиэ-ции производственных затрат на реализацию сснозны;: функций станка; 5) получены зависимости для оптимизации рабочего пространства станка типового ГШ.

Практическая !хенность_ и реализация результатов работы в промгашезнсстя

1. Предложена методика создания функционально-технологических-структур типовых ГШ.

2. Разработаны фун::;и:с;:аль;;с.-технологические • структуры и компоновочные решения четырех типовых круглошлифовальных ГШ как основы их рабочего проектирования.

3. Разработаны методики кодирования, классификации и группирования деталей машин, позволяете выбрать экономически целесообразный типоразмер ткгозого ГШ.

4. Предложены пакеты прикладных программ по статистической обработке данных. агтоматизирозанно-му код"рсза:;;ш к группирование деталей, расчету размеров рабочего пространства, ориентированные на

персональную ЭВМ типа РС.

5. Создан межотраслевой региональный банк данных о деталях, нзготазлгшгеиых на предприятия:-: машиностроительного комплекса Ульяновской области, позволяющий реаать задачи, всзкикаюаие при совершенствовании, модернизации, кооперировании действующих и организации новых производств.

6. Предлсгекы технические решения на уровне изобретений г:о конструкции кеталлорехуцегс станка, способам и устройствам для упрочения циклом обработки и подачи смазочно-оялаэдаюагЯ ждкости (СОЮ з зону обработки при слифовакии заготозск в круглсилифоваль-ксм ГШ!.

Работа выполнена в рамках одного из разделов научно- исследо-затсльскк:: работ, выполняемых Проблемной научно-исследовательской лабораторной УлПИ по научно-технической проблеме "Автоматические заводы г.с производству деталей :: узлоь станков и штампов" Споста-нсвлениз ГКНТ СССР N £31 от 23. Со. 1990 г. 3.

Результаты работы кспользсзакы в Экспериментальном кзучно-Есслодевательсксу. ;'.кст;ггуте метаялсос-гуалх станков СЗКИМС) при разработке комплексного технического задания на приоритетные виды ¡;:л::гсгалъ::сто оборудования, нормативно-технического и информационного сб£сг.аче:и:я по государственной преграде "Автоматические заводы", а таххе ГОСТ £7757-33. Модул:: производственные гибкие для сдифованиа деталей - тол вргхенпя. Основные параметры и размеры, к ГОСТ 11554-20. Станки круглсЕЛкфовалькыз. Параметры к размеры.

Апосбзцкя забстн . Основные результаты работы дслогэны на Есгссгзной научно - технической конференции " Опыт создания к зкгплуатац^к; гибких автоматизированных производственных систем механической обработки" Сг. Киев, 1883), Всесоюзной каучко-техничес-кей конференции "Создание гибких производственных систем механической обрааотки и опыт их эффективной эксплуатации ъ прсмыи^лен-

ности" Сг. Киев, 1339), Всесоюзном научно - техническом семина > "Перспективные методы механообработки и сборки в ГПС" Сг. Ленингр: д 1938), Всесоюзном межотраслевого совещании специалистов промышленности по переходу на Единую систему обозначения изделий и конструкторских документов и обмену опытом внедрения Классификатора ЕСКД Сг.Москва, 1988), на научно-технических конференциях Ульяновского политехнического института в 1386-1991 гг., на научно - технических семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Метал-лорезуние станки и инструменты" Ульяновского политехнического института в 1937-1991 гг.

Публикации . По теме диссертации опубликовано И работ, в том числе 3 изобретения и одно положительное решение. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы . Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и прилегсннЯ, зклочает 125 страниц машинописного текста, 30 таблиц и 73 рисунков; список использованной литературы вклвчазт 183 наименования.

Исследование влияния характеристик деталей маиин и технологии их изготовлении на построение 9ТС хруглсалифопальлсго станка

ФТС определяет состав и взаимосвязь технологических функций, выполняемых элементами гибкого модуля. Например, обеспечение требуемых движения формообразования, базирования и закрепления заготовки, циклов резания и правки и др.. Установлено, что практически не исследованными являются вопросы структурной оптимизации шлифовального станка СШС), составлявшего основу ГПМ.

Синтез ФТС осуш,ествляе-тся с учетом первого принципа кибернетики - закона необходимого разнообразия, который для данной задачи сформулирован следующем сбрас-ом: наиболее эффективным ГПМ является такой, у которого число разнообразных технологических функций и

о

оде:!онтсз ограничено как по ыакси:.!уму> так и по . Отсюда

следует, что технологические зоз:.:о.-зюст;: станка, дол^нл быть ограничены каучкая! представлениями об и;: тс-ннолого - организационной целесообразности, определяемой производственны?::: условиям большинства заказчиков метглдорегугего оборудования.

Псзтс:-гу, г работе основное внимание уделено исследованию взгляда: связей мегду характеристиками деталей маии:-:, технологией и:; изготовления, структурой и коупоновко;! кругяо^лнфозального станка тикового ГПМ.

При разработке научно-обоснованного метода формирования ФТС использован системный подход, согласно которому последовательность исследования объекта мзгно представить ь виде следующих этапов: формирование неходка; да:1П1л-:, в той числе обобщенно характеристик деталей малин; анализ функций ЕС; синтез вариантов компонозо:-: ЕС; оценка и ьис'ор рационального варианта компоновки.

Процесс отбора номенклатуры ылифозаЕПьл: деталей, для которых охспоизчески целесообразно проектирование типовкх шлифовальных модулей, состоит в обосновании информационно:- модели детали СКМД); создании представительного банка дан;::.-; о деталях и группировании деталей. •

При формировании НМЛ требуется регить задачу создания оптимального набора классификационных признаков, являсцнхся наиболее информативными яри разработке ФТС.

Выделить необгодимие для НМД признаки можно путем отображения 9 множества У элементов ФТС станка во кзогество Х^.,. признаков:

9 •• Т — Ъх • Ш

При &аогсзаачзом отображении р каждому элементу { е У сопоставляется один или несколько элементовС > с Х^ , которые в то2 или ино2 степени влияет на . Элементам ФТС, влияем: на отбор классификационных признаков, является: состав и- число

э

формсабразуиздх координатных перемещений, структура операций круглого шлифования, число шпиндельных бабок одновременно установленных на станине, типоразмер и класс точности станка. Состаз классификационных признаков был сформирован по результатам анализа суг,ествуЕ:цг.: систем классификации (Классификаторы ЕСКД, ТКД я др.) л вклпчает около 40 наименований. Для сопоставления и количественной сцепки степени влияния классификационных признаков на элементы ФТС использованы основные положения метода экспертных сценок. Область значения отображения <р ел:!, другим:! слсзат подмножество наиболее информативных (значимых) признаков описывается следу^там уравнением

X, = ср (v) V X кл / Са 01> 5 гр1)) с х^ , С2)

где у> Су{) - образ элемента у, <= У по множеству Х^, вхлп*:асщ!й некоторое шдгшожествэ < У классификационных признаков, сопостаз-ляе?,гых при отображении р элементу у4; 531, агр1 - среднее и граничное значение экспертной оценки элемента. По результатам статистической обработай экспертных оцено:-: на ЗВМ

выделены 12 классификационных признаков, воседЕсс з 121Я С табл. 1).

Таблица 1

Состав классификационных признаков, входящих з ИМД

Группа классификационных признаков Классификационная группировка по Классификатор*/ ЕСКЯ Н_кер признака Наименование признака

Конструкторские признаки Подкласс Подкласс Группа Подгруппа Подгруппа 1 2 3 +* 5 Соотнесение длины и диаметра детали СЬ/О) Фопма наружной поверхности Структура наружной поверхности Форма внутренней поверхности Структура внутренней повеохнсста

Технологические признаки — 6 7 8 9 10 Габаритное размеры детали Масса детали Размерная точность детали Точность взаимного расположения поверхностей Шероховатость детали

Организационно- — плановые признаки — 11 12 Программа выпуска детали Трудоемкость обработки

Установлено, что среди конструкторских признаков наиболее значимы характеристики формы Сцилиндрическая, коническая и т.д.) и структуры (гладкая, ступенчатая и др.) наружных а внутренних поверхностей. Практически никакого влияния на элементы ФТС не оказывают вспомогательные конструктивные элементы Спазы, фаски, лыс-ски, канавки, дополнительные отверстия и др.) к функциональное назначение детали. Из технологических признаков для решения данной задачи наиболее значимы точностные и габаритно- массовые параметры детали. Среди организационно-плановых признаков выделены объем выпуска и трудоемкость обработки заготовки.

Выявить обобщенные признаки деталей машин, характерные для большинства машиностроительных производств, можно только при условии создания представительного банка данных (БД) о деталях и последующего их объединения в группы = по определенным критериям. Для формирования БД предложено использовать машиностроительный комплекс Ульяновской области, где сосредоточено около 30 крупных промышленных предприятий, представляющих различные отрасли промышленности: авиастроение, судостроение, станкостроение, автомобилестроение, приборостроение к др. Установлено, что номенклатура выпускаемых в области изделий во многом схожа с номенклатурой других промышленно развитых областей - Самарской и Нижегородской . Это позволило считать, что БД о деталях Ульяновской области адекватно отражает требования машиностроительного комплекса Поволжья и, очевидно, в це."-м Российского машиностроения. Региональный БД выведен на машинные носители ПЭВМ и содержит информации о 150 тыс. наименований деталей. Из них 25% составляют детали типа тел вращения. Шлифуемых деталей оказалось 10800 наименований, , что составляет примерно 30У. от всех деталей типа тел вращения.

Объединение деталей в группы осуществляли по конструктивным признакам, так как именно они 5 основном влияют на ФТС. Иерархи-

ческую структуру конструкторского классификатора можно предстг~тгь з виде графа-дерева Ьд= СХу., 0), где \ - множество вершин графа Сили, в данном случае, множество конструкторских признаков) и и -множестзо ребер, показывай дну. взаимосвязь признаков-вершин (рис.1) Классификационные группировки Хко. Хк1, хь.....

Х^, соответствует наименованиям конструктивные признаков з ИМД. Число классификационных в идоз, определяемое последовательным сочетанием призна-коз Ху,^ каждой классификационной группировки Х^, является з небом классификаторе достаточно большим Снапример, в Классификаторе ЕСКД для тел вращения предусмотрено около. 1500 видов). Это крайне затрудняет их использование з качестве.комплексных деталей-представителей технологических операций шлифования при разработке типового оборудования.

В качестве признаков группирования деталей приникаем классификационные признал::: j, которые связаны с изменением числа формообразуссшх координат металлорежущего станка ГШ-!. Это позволяет нам увязать конструктивные признаки деталей машитг с бормсобра-зусслиа; координатами станка, что очень важно для разработки ФТС.

Рис.1. Граф-дерево классификационных признаков: а,б- до и после стягивания соответственно

Тогда, мокно счигать, что элементы подмножества Х1 классификационных признаков, вступают в бинарные отношения с элементами мно-зжства §к формообразующих координат, которые устанавливают соответствие элементов одного множества элементам другого: х^* Ф1, где хкии "элеыенты множества Х1 и ФК, а " * "- бинарное отношение.

Анализ матриц отношений позволяет определить признаки детали, соотретствуваие одинаковым формообразующим перемещениям станка. Естественно такие признаки объединить, присвоив им ногое кодовое обозначение. Применительно к графу, показанному на рис. 1г объединение признаков означает его структурное преобразование с помощью операции стягивания (свертки) графа. Операция стягивания вершин графа Ь = (X.., II) превращает его в другой граф Ь* с числом вер-

0 К 0

шин п(Ь) - 1 и с меньшим, чем у Ьд число;; р-эбер (рис. 1,6). Например, при стягивании ребра и* Сх1с^1, е И само ребро и*, удаляется, а инцидентные ему вершины х^21 и х^заменяются одной х£а1. Эта вершина х£г1 объявляется- смежной со-всеми теми вершинами множества (х^, г которые в графе Ьд были скегны по крайней мере с одной из вервин х^.,, (см. рис. 1,6). Естественно, что вершины и хкг1 идентифицируют классификационные признаки, для обработки которых требуются одинаковые число и состав формообразующих координат.

Таким образом, нами впервые выполнено обобаение классифика-ционкых признаков иерархически структуированкогс классификатора по отношению их к формообразующим координатам станка.

Несмотря на значительное сокращение вершин в графе Ь* по

сравнению с графем группирование по структуре Ь* все го связано

с перебором больиого числа вариантов и его непросто реализовать

дате на ЭВМ. В зтек случае, с целью использования математических

зависимостей для формирования конструЕтивнс-техкологиче-скчх групп .

(КТГ) структура графе V пресбразовага в ряд сбобцениых деталей

с

СОД), ранжированных по количеству требуемых для их обработки формообразуспшх координат шлифовального станка.

Формирование ряда ОД по признакам графа Ь* начинается с объединения вершин по всем классификационным группировкам Х^ с наименьшим числом формообразующих координат, а затем и других верзиа по мэре увеличения числа формообразующих координат как минимум на 1.

При этом для обработки первой Снаиболее простой) з ряду 0Д1 требуется минимальное число формсобразувагх координат. Максимальное число формообразующих координат будет соответствовать обработке последней з ряду и наиболее слотюл ОД Срис. 2).

О качестве условия Скритерия) группирования по ряду ОД принята полная загрузка как ¡.шнимум одного гибкого модуля деталями определенной группы. Это условие мохно зыразить целевой функцией : Ъс. ш

?» L tT°, ' к=°)г

Ф,

до

СЗ)

где - годовая программа выпуска i-топ детали; Т0 - трудое:,кость

изготовления i-той детали; Ксо - коэффициент совмещения переходов во времени

'Фпо - годовой фонд времени т yu lo

работм оборудования; ш-чис-

ло деталей з группе; ZH,

ZK~ начальный и конечный номер ОД , ограничивасцих

оптпмальиув группу.

На основе неравенства СЗ) и математической зависимости трудоемкости обработки .Т от номера CZ) ОД з ряду Сем. рис. 2) получено уравнение для предварительной оценки возможности создания групп деталей когда еае не создап п.:одс - .^ительныЗ БД о деталях:

Рис.2.Оавнсимость трудоемкости То ¡изготовления ОД от ее кскева Z в ряду: Zh , Z¡: -начальная к конечная ОД; 1,2,3- последовательная ,параллельно-последовательная и параллельная схемы обработки

п+1

п т К (2. - 2 2 + "ср ' д,С2* " ^ > Ф С4:> ср 1огнлсо ^ н + гГП " с°

где П„„ - средняя годовая программа для всех ОД; Т - трудоемкость ср

изготовления начальной в ряду ОД; д-коэффициент пропорциональности п- показатель степени. Решив уравнение С 4) относительно '¿к с помо-щьз ЗЗМ, могно найти численные значения

. Построение ФТС и компоновок станков существенно зависит от структуры технологических операций (СТО) (последовательная, параллельно-последовательная, параллельная), выбранной для обработки поверхностей комплексной детали (Кд). Количественно СТО оценивается коэффициентом Ксо. Уставновлена зависимость Ксо от элементов приведенных затрат на операции:

8 -¿ъ ■ • (5!

у

где Ку - затраты на оборудование по базовой технологии (последовательная схема): К максимальные капиталовложения в оборудование при параллельной схеме; С^, С0~ себестоимость обработки загото-товки при последовательной и параллельной схемах соответственно.

В связи с отсутствием достаточного опыта создания отечественных шлифовальных ГПМ сложно определить стоимостные показатели е формуле (5). Поэтому, выбор рациональных СТО в экспериментальных исследованиях осуществляли по критерии минимизации трудоемкости операции с учетом ряда ограничений, связанных с консп/уктнвко-те::-Еологкчесхими признаками КД. При этом Ксо определяли по формуле:

К„ = С6)

СО о г=» о! . ' -

где То- неперехрызаемое оперативное время, операции;, 2 То1 - сумма

всех п элементов времени совмещенных и несовмещенных переходов.

Ка основании анализа признаков Классификатора ЕСКД и их отношений с формообразующими координатами (оси У., 2 к др.) сформ.:-

ровакы два ряда ОД с 1/1) < 2 (фланцы, крышки, стаканы и др.) и Ь/В > 2 (валы, оси и др.), ранжированные по числу координат (от 2 до 6). Расчет по уравнение (4) для станкостроительного и приборостроительного заводов показал возможность создания нескольких груш» по обоим ряда:/.. После сортировки деталей БД по группам (используя коды ОД) расчет выполняла по каждому ряду, начиная с первой группы (с минимальным числом Ф ) , и используя ограничение (3). 3 результате расчетов по предприятиям получены 4 группы деталей, комплексные детали-представители двух из них приведены на рис. 3. Для каждой группы разработаны технологические процессы шлифования заготовок в типовых ГПМ. Установлено, что наиболее эффективными

являются параллельно-■последовательная и последовательная cxevu обработки. Коэффициент Ксо изменяется от 0,5 до 1. Предложенные варианты операций шлифования поз-ляют на (20-50)« сократить основное время обработки и в (2-5) раза вспомогательное время по сравнению с обработкой ка универсальных станках.

Ряс. 3. Комплексное летал::-представителя спезапий шлифования: а- для группы 71122; о- для группы 71521

Синтез функционально-технологических структур и ксмпокоеох стекков типезых круглоалифозальнмх ГПЛ

Применим функциональней подход к аналитическому исследованию станков, вхед.-пих з состав типовых ГПМ, начиная с определения их

общесистемных, основных :: вспомогательных функций.

Общесистемную функции Ро , характеризующую, шлифовальный

станок ГПН как обособленную систему, определим как возможность

осуществлять в автоматическом режиме шлифование заготовок деталей

/

типа тел вращения в пределах технических характеристик и технологических возможностей станка, автономно или з составе ГПС. Через основные функции Р формализованы формообразующие

координатные перемещения Фк исполнительных органов станка:

' С7)

где " <—► " - знак, обозначавший эквивалентность множеств.

Реализацию основных функций Р обеспечивают вспомогательные функции / , где i - уровень вспомогательной функции, а ^ - ее номер. Состав функций / зависит от принятой СТО и определяет перемещения исполнительных органов станка относительно заготовки для реализации формообразующих координатных перемещений.

Взаимосвязь множеств функций разных уровней выразим бинарным отношением

Р = < Ко ) * (Т ) х </ > , С8)

которое устанавливает соответствие между функциям;-!. Наглядно соответствие можно представить в виде графа или таблицы , которые. называются функциональной модель» станка ГШ! Стабл. 2).

Следующий шаг в аналитическом исследовании станка заключается з построении его ФТС (рис.4), в которой устанавливаются взаимосвязи выявленных функций и материальных носителей, называемых функциональными блока;,я (станина, стол, шлифовальная бабка и т.п.), состав которых определяется с помощью морфологических матриц .

Формирование ФТС шлифовальных станков всех типовых ГПМ позволило установить унифицированные функциональные блоки, входящие в разное станки. В этом случае, производство станков типовых ГШ можно организовать по блочно-модулькому принципу .

Таблица 2

Функциональная модель станка типового ГПМ-03 для обработки заготовок деталей группы 71122

Основные функции • Г( . Вспомогательные функции }1 (

Г - движение формосбра-11 зования по оси X;. Г - движение формообразования по оси 2; Р - движение формообра-1 зования по оси и; ? - движение формообра-14 зования по оси и; Р - установочное пере- 13 меэение 0;л Р - движение С. ; 1 в п Р - дзигение А. Р1Т - дзигение " С* . 1 • п / - перемещение шлифозальной бабки и (или) стола относительно станины перпендикулярно оси заготовки; / - перемещение шлифовальной бабки и Спли) стола относительно станины вдоль оси заготовки; / - перемещение внутришлифовалькой 31 головки и С или; стола относительно станины перпендикулярно оси заготовки; / - перемещение внутришлифовальной *1 головки и (или) стола относительно станины вдоль оси заготовки; / - УГЛОЕОЙ поворот внутришлифова-31 льной головки; / - вращение шпинделя шлифовального круга; / -'всащение шпинделя заготовки; у71 - Ераценне ьпинделя внутришлифо-01 вальной головки

Этап построения компоновка ЕС из унифициро ванных блоков включает в себя решение - следующих задач: генерация еозмогных (реализованных на практике и перспективных) вариантов компоновок станка, способных выполнять основ-

'нке F , и вспомогательные i i

функции /t ; анализ и отбор рациональных вариантов компоновки; выбор оптимального вазиакта

Рис.4. Функционально-технологическая структура типового ГПМ-03 для' обработки деталей группы 71122

кс'ягснобки по определенному критерии.

Для исследования альтернативных вариантов компоновок .станков типовых ГПМ воспользуемся одним из наиболее эффективных средств формализации компоновок станков - методом структурных формул .

Структурная формула компоновки есть определенная последовательность символов, обозначаешь функциональные блоки станка и раскрывающая координатную принадлежность и способ сопряжения блоков. Например, структурная формула станка ГПМ-03 имеет следующий вид:

где бабка изделия; 0- станина; 2Ь~ направляющие для переме-

щения шлифовальной бабки в направлении оси Хь~ салазки с направляющим для перемещения шлифовальной бабки в направлении оси X;

шлифовальная бабка; Уь - направляющие для перемещения многопозиционной инструментальной головки СМИТ) в направлении оси 2; 1!ь~ салазки с направляющим! для перемещения МИГ в направлении оси X; "

механизм углового перемещения МИГ вокруг оси У; - 4-х

позиционная МИГ.

Число вариантов компоновок будет равно числу перестанозс;: знаков в структурной формуле С для данного случая можно предложить 144 ва-риата компоновки). Очевидно, что среди них есть иррациональные и технически невозможные варианты. Поэтому, на множество компоноеок накладывается множество ограничений:

мимимимимем, (9)

12 3 4 8 у

где М - подмножество условий, ограничивающих Спо возможности) влияние массы заготовки и узлов станка; М - подмножество условий, направленных на повышение точности станка; М - подмножество - условий, связанных с динамическими свойствами компоновки; М - подмножество условий, связанных с загрузкой и сменой заготовок; М -подмножество условий, связанных с унификацией компоновок.

Ограничения пергых четырех подмножеств позволяют сократить число вариантоз и, главное, установить возможные связи между

функциональным!! блокам:! в виде графа G = СВ. Q) отношений блоков, где В

= CV Ва..... V "

мнох jctbo вершин графа G; представляющих унифицированные блоки; Q = <qt, qa,

..., с > - множество peri

бер графа G, соединяющих вершины В в том случае, если два блока могут быть объединены з логически действующую систему, К а-пример: станина - шлифовальная бабка и т.п. (рис.5) Из графа G можно условно выделить два ориентирован-

Рис.5. Граф G и подграфы G и G отношений между блохамк

ных подграфа 6 = (В , Q ) а С =(В , Q ), для которых В , 3 <~ В и 111 222 г 12

для казной вершины з е В, (2 (в,) = Q(3t) п Бг и sj е BjP (М^) = QCzi) п Вг , отображающих зетвь ' инструмента и ветвь заготозки соответственно. Тогда, небольшое число вариантов1(ке более 3-5) ШС по каждому типовому ГПМ получим в результате произведения простых путей подграфов I = ® S2 :

S^) = (( bt> п rn(bt) п r=(bt) л ...п Г^СЬ±) ibt6 Bt) ,

(10)

Sa(bt) = « bt> n Г^) n r*(bt) n ...n r^b^lbjG B2) .

где Г" (b£) - множество'вершин, которые достигшее из вершины b4 с использованием путей длины п.

В качестве критерия оптимизации компоновок принят минимум затрат на изготовление станка (или на реализацию его функций):

с -> П1П

п ; е 1

ги

сш

где 5П - производственные затраты при .¡-к варианте; - себестоимость изготовления блока Сагрегата) станка; 3 - множество альтернативных вариантоз компоновох; X - число блоков.

Исследование компоновок с помощью структурных формул, в том числе графо-аналитический анализ возможных связей между функциональными блоками, позволило получить унифицированный состав функцио-льных блоков для блочно-модульного построения ШС всех типовых ШМ. Условию отбора С9) отвечает только по'одному варианту компоновок станков каждого типового ГШ С рис. 6), поэтому их стоимостная оценка СИ) нами кз выполнялась.

Предложено также аналитическое уравнение для расчета размеров рабочего пространства станка :

Г Ск X )а (к X )*т г „

[1-кЛ ^---Н-] 0 [<с«й + С123

+ к, - Кг " X, ] = - к2 ■ ,

где: С0бо- стоимость станка с минимальным размером рабочего пространства; к - коэффициент , характеризующий плотность распределения деталей по их габаритным раз-

мерам; к

коэффициент.

характеризующий увеличение стоимости станка с ростом размеров рабочего пространства; х - текущее значение размера рабочего пространства станка.

Уравнение С12) отно

Рис.6. Компоновка Свид в плане) ШС типового ГГИ-ОЗ для обработки деталей группы 71122

сительно xt может быть решено только численными методам::, однако это не уешаэт 'гдслг.ть вывод, что существует такая величина длины у при постоянной програгодэ П и трудоемкости изготовления деталей То, при которой целесообразно использовать по крайней мере два типоразкер.г модулей 0-х, и х -L . Для каждой из четырех групп деталей на SS.M выполнен расчет размеров рабочего пространства станке?.

Установлено, что средние значения размеров рабочего пространства у выпускаемых еггккоз язлястсл существенно завышенными Сз 2 -- 4 раза) по сравнению с размерам: обрабатываемых на них заготовок Результаты исследований типоразмеров станков типовых кругло-алифовглькых ГПМ, полученные на оскозакии обобщения характеристик деталей машин, выбора рациональных схем обработки комплексных деталей-представителей, функционального анализа и структурного синтеза станков, приведены в тгбя.З.

Таблица 3

Основные характеристики типовых ГПМ

Основные данные помер .titó

ГПМ-Oi ГПМ-02 . ГГУ<-03 ГПМ-04

Назначение и область применения для наружного шлифо занпя пил:: ндрических поверхностей i: тор-цев залов,, осей.штоко: я т.п. для наруж ного и вя утреннего ш.тпфоваки. цилиндр. поверх, и торцез ва ¡ лоз,гиль: и т.п. •Яля каруж ного и" вн утреннего шлифован;: цилиндр., поверх, и торцез фл. -нцев.зту лок, стаканов и т. п ■для наружного и внутреннего шлиеро-гвания цнлин-дрич..конич. криволин.по-. зерх. и то-цез' фланцев, ■втулок, залог, гильз и т.п.

Число формообразующих координат 2 3 5 8

Структура операций шлифования последовательная последовательная паралл.-после лоз. паралл. -последов.

Число блоков (агоегатоз) 6 8 9 14

Класс точности В В в в

Размеры рабочего пространства Ю я Ь), мм .-. 50 а 100 50 * 100 80x100 80 * 100 320 г« 160

50 * 400 50 к 400 160*160

125 * 500 125 * 500 320*160 80 * 250 160 * 500

Выявлено, что наибольшую применяемость на предприятиях Ульяновской области может иметь круглошлифовальньгй ГПМ-03 (40У. от общего числа гибких модулей), и далее ГПМ-01 - 27Я, ГПМ-02 - 21М, ГПМ-04 - 12°/..

Анализ круглошлифовальных ГПМ, выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами, показал, что они полностью вписываются в классификацию типовых ГПМ, и есть резервы в их производстве,"особенно в странах СНГ.

Заключение

В результате исследований получены ноЕые научные выводы и практические результаты:

1. Выявлено, что ¡-аименео исследованными в ФТС гибкого модуля являются вопросы структурного анализа и синтеза ШС .

2. Предложено уравнение (2) для решения задачи оптимизации состава классификационных признаков в информационной модели детали путем отображения с помощью метода экспертных оценок множества элементов ФТС гибкого шлифовального модуля во множество классификационных признаков деталей машин.

3. Разработана методика группирования деталей машин на основе анализа бинарных отношений признаков деталей и формообразующих движений станка. Получена зависимость С4) для предварительной оценки возможности объединения, деталей в группы с учетам выбора рациональной структуры построения операции шлифования по коэффиц-енту совмещения времени операции СБ), (6).

4. Разработана функционально-структурная модель станка, устанавливающая взаимосвязь функций с их материальными носителя™ -функциональными блоками. Разработан подход к исследованию компоновок ШС типовых ГПМ с помощью структурных формул и стоимостной оценки СП), позволяющий из всего многообразия вариантов компоновочных решений выбрать оптимальный.

Аналитическим путем получена зависимость (12) для определения оптимального размера рабочего пространства станка типозого ГПМ по критерию минимума затрат на изготовление деталей.

5. Создан межотраслевой региональный банк данных (5Д) о дета: зх предприятий Ульяновского промышленного региона. Установлено, что одними из наиболее распространению: являются детали типа тел вращения (25-30)'/. , из них шлифуемых деталей 10800 наименований (30% от всех деталей типа тел вращения).

5. Выявлено, что целевому условию загрузни оборудования (3) отвечают 4 группы деталей, для которых разработаны комплексные детали-представители. Предложены схемы обработки деталей в типозых ГПМ, позволяющие на (20-50%) сократить основное время То и в (2-5) раз вспомогательное время Т„.

7. Ка основе анализа комплексных деталей и технологии их шлифования разработан-,: функционально-технологические структуры и компоновки ЕС типовых ГПМ. Предложен унифицированный состав функциональных блоков и их типоразмеры для блочно-модульного построения ШС чет:гре:: типовых ГПМ.

8. Разработаны оригинальные пакеты прикладных программ для статистической обработки экспертных сценок, статистического анализа банка данный, автоматизированного кодирования и группирования деталей, расчета размеров рабочего пространства, ориентированны:-: ка персональную ЭВМ стандарта IBM PC AT/XT.

По материалам диссертации спуоликованы следующие работы:

1. Ефимов В.З., Епифаксв В.3. 0 возможности использования интегрированных производственных кскплексоз ка межотраслевом региональном уровне // Зестннк машиностроения. 1SS0. N* 2. С. 51-64.

2. Ефпмоз В. В.. Епифанов В.З.., Голубэза М. 3. Обоснование структур типовых шлифовальных ГПМ на оснозе анализа классификационных признаков деталей машин/'/' Стандарты и качество. 1SS0. N 2. С. 53-57.

3. Еппфаксз В. 3. , Ефимоз В. В., Кеняеза Р. И. , Федотов A.A. 0

возможности организации межотраслевого производства на основе регаониалького банка данных о деталях // Стандарты к качество. 1989. N 4. С. 25-29.

4. Епифанов В.Б., Ефимов В. В., Кеняева Р. И., Федотов A.A. Опыт создания регионального банка данных по деталям машиностроения: Тез. докл. межотрасл. совещания, 27-28 сентября 1938 г. - К.: ГКИЦЗОК. 1938. С. 13-15.

5. Ефимов В. В., Беткасов Н. И., Епифанов В. В. Система автоматизированного проектирования технологических операций шлифования: Информ. лист N 89-28/ Ульян.ЦКТИ. 1989.

6. Ефимов В.В., Епифанов 3. В. 'Технологические требования к выбору структуры гибких шлифовальных модулей для групповой обработки деталей// Перспективные методы механообработки и сборки в ГИС: Тез.докл.краткосроч. семинара 16-17 декабря 1938 г. -Я.: ЛЛНТП, 1938. С. 41-44.

7. Ефимов З.В., Веткасов Н. И., Епифанов В. В. Повышение эффективности использования СОЖ в условиях ГПС// Смазочно-охлаждашие технологические средства в процессах обработки резанием: Сб. науч. трудов. Ульяновск: УлПИ. 1990. C.5G-59.

8. A.c. 1366374 СССР МКИ В243 55/02. Металлорежущий станок/ В.В.Ефимов, К.И.Веткасов, В.В.Епифанов и Р.С.Чумарин ССССР). -

N 4046700/31-08; Заявл. 03.04.86; Опубл.15.01.88. бел. N2.

9. А. с. 1526956 СССР МКИ В24В 55/02. Способ шлифования и устройство для его осуществления/ В. В. Ефимов, К.И. Веткасов, В.З. Епифанов (СССР). - К 4343939/31-03; Заявл.22.09.87; Опубл.-

07.12.89. Бел. N 45.

10. A.c. 1484654 СССР УКИ В24В 55/02. Устройство для подачи СОЖ/ Н. И. Веткасов, В.В.Епифанов и Е. П. Пашков (СССР). -

N 4308129/31-08; Заявл. 22.03. ; Опубл. 07.05.89. Бел. К 21 ■

11. Положительное решение по заявке N 4351850/03 (073239) от

16.07.90. МКИ В24В 51/00. Способ управления круглым врезным шлифованием/ Ефимов В.В., Веткасов К.И., Епифаноз В.В.

ПОДПИСАНО В ПЕЧАТЬ 1Е.02.ЯЗ. ФОРМАТ GOSP-l 1 /IG. БУМАГА ПИСЧАЯ. ОБЪЕМ В П.Л. 1.1. ТИРАЖ то. ЗАКЛЗ 231.

РОТАПРИНТ. УлПИ -132U00, УЛЬЯНОВСК, УЛ. ЭНГЕЛЬСА, 3.