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

СА><АРСККИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ! УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 13 д V) йДО №93

На пргза:: рукописи УДК 658. 52. 011.55. 012.3:621. 92. 04

Е;" ЗАНОЗ ВЯЧЕСЛАВ В^СТСРОЕМЧ

ТЕ^ГНО.'.ОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СГРШУРКО-КОМПОКОВОЧНСГО ПОСТРОЕНИЯ КРУГЛОШЛШШЛЬШ СТАНКОВ ДЛЯ ТИПОВЫХ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МОДУЛЕЙ

Специальность 03.02.03 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учокс! степени кандидата технических наук

Сгюра - 1903

Работа вьл~алг:?::а ::а :-:г?одрг "Теккологтя иги-чшсстрс?:;::?." Уг.ь?. зсг.ого псл1:тэ::н::чгского ::.-:ст::тута.

Науч;;^ руководитель - Локтор тсшшчоск:;;; кауг, профессор

В. Б. Е£Г.:моб

слпснекти - Доктор техк::-:еск;:л i:ay::. профессор Ф. И.

- Кандидат те;а:;:чоск;::: наук, zo:is::t А. С1. £з::исс:5:-:с

Ведущее гфедлрг.ятно - ПЭ ¡¿а^нсстроптелъньД о:, зад 3. Ьол: даоского С г. Ульянове.:)

состоите;:

кг заоеган:з'. спезглкгйрозгшюго Совета Л 033.15. С2 Сг:.:арскс государственного технического уклзерситета (443010, г. Сахар ул. Гала:-:т;'.с;:о2спаг.. 141).

С длсссртаи;:оГ. сспа/.с.'.агтьс.'- в библиотеке- у:-:;:верс;:тетг

Агто?е£зрат ра^ссла:: " cj-'ï-ê/.- (ШК 1933 г.

1-чг:-:ы2 секретарь cncLUîar;:a::pc^ayKoro Созята

д.т.н., nocçecccp (-'л / Я. К. Кле'-ано?

/

Обздя характеристика работа

Актуальность работа

Современный этап развитая кашняостроекия ^растеризуется гереходом к комплексно автоматизированному производству, з которой фсектирсвание и изготовление изделий составляет единую интегрированную на основе компьютеризации гибкую производственную систему ТПС). Одной кз основных задач, стояща, перед отечественна стгкко-:троением, является расширение аипусха эффективных и надогпьос ГПС, ! то« числе гибких производственны:: модулей СГПМ). гспех;: достигнуты в создание ГПМ .тля токарной сбработ:-::: заготовок г изготсзления корлуснь." деталей.

3 то :е время, в связи с неук.тсншм повышением требований к качеству изделий .становится все более актуальной задача создания .'лкусзального оборудования для условий гибкого производства, У-згду :ем з странах СНГ только е^е приступили к освоения тг'.г.а кругло-:ли$свалькьк модулей.

Опыт эксплуатации ГПМ з промьгалс-нност:: показал, что жононический эффект, полученная на практике часто сказюается (еньс. о.-.даемого Во-многсм это связано с тем, что гибкость ГПМ, определяемая г основном технологическими еозмох-[сст.чкн метдллсрегув.его с гаяха, суаестзэнк'! преютает требования,, ¡редьяг. тяемые :-с не?, производством. Это приводит к необходимости ¡азработки типовых ГПМ, потребительски свойства которых Стехпо-гогичэские возможности, гибкость, стоимость, надзглость, .'.годульнс-з :сстрос-аие и ~ л.) зависят от решения но.того ко:плег.са '•зхнолсгичесхих задач по структурно - коУ-поновс^гнсму построение ;лифовальных стгнксз.

3 связи с эт:*ч!. задача технологического обеспечения з?:;ла •.роектирезания структур и хемггезевох ;ф}тлояяа$оза£ЬЖ.-г станков ,лл тнпоеь": ГПМ язллс-тзя актуально.*..

Автор защищает:

у

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

2. Принципы создания межотраслевого банка данных СБД) о деталях маыин к результаты теоретико-экспериментальных исследований оптимального группирования деталей по конструктивно-технологический характеристикам с учетом структуры технологических операций круглого шлифования в типового ГПМ.

3. Результаты функционального анализа кногоцелевых шлифовальных станков СЕС), составляюаих основу типовых ГПМ, к синтеза им компоновок из унифицированных функциональных блоков с обоснованием размеров рабочего пространства. .

4. Региональный межотраслевой БЛ о деталях машин, сформированный на основе анализа предприятий машиностроительного комплекса Улъянозской области, к методику кодирования и классификации деталей по предприятиям.

5. Результаты экспериментально-статистических исследования влияния характеристик деталей БД и технологии их шлифозания на формирование оптимальных групп деталей, ФТС, компоновки и типоразмеры станков типовых круглоилифовалькых ГПМ.

6. Пакеты прикладных программ для обоснования информационной модели детали (ИНД), автоматизированного кодирования и группирования деталей и выбора типоразмеров ГПМ.

Пэлъ тзаботы. Разработка типовых ГПМ для плифозання загстоЕо;: деталей типа тел врадення путем научно - обоснованного вкборг Фукхциснально-технологпческих структур и компановок крутлозлпсо -зальных станков.

Науч;'.пя_;'р?"птл. Разработан:: техкслогяческяе сспоз:; ссздаш'я тяповьас крутлсвя;:$озгльжя: ГПМ: 1) тс-озэтичгск:: :х зколзрл:,к::тглгно сссслога.чо члоло класолфлкгалснлн:: пр:-:окг.ксз з илиоргхгапснгзД ::о-дел;: дэталн, нооблодикое достаточлоо для разработки функдлслалъ-ло-тол::олог;:чосксЛ структуры СОТО ткпозс.гс ГПМ; 2) предлсгекг кэ-о,•;::;-::! грул::рован:<я дотзло:: на сскозо блларк-а: отлоиа:;::? :.:ег.ду хласс;;с::!:гало::;::::.<:: прет-гака: я л сор::озбргзу-:д:::.с: кссрд:!за7:-:^: пг-рсж'лекк:::^: исполнитель!-::.::: сргазсз сталка с учете:.-: струхтурц спз-ршигй круглого вгкзовгаяя; 3) сбсслзгаяг $уикщ:0за;»'ь::0-с7р>"ктур:-:ая модель станка типового ПГ', лсозслялцал уетзкозлть гзаг.ксззлзъ класси£::кг.цпс!ш!2с п?::з«гхсь дзталой, оср::осб?ггув:хя:: коордллат к исполглгголъз-пл: оргалев стлала, с цеяьэ у:-п:£:кгц::л лссл?дн::л;

продлог.сн алгорлп.: -:•- ::.- .г::: задач:: сллтсоа кс:-гзназс!с станков 7::лсг:.~ ГПМ ::з ул'.'.^ицг.рсзглна": блсчоа по :-:р::те?;:п лро-

И32одс73!?кк!о: затрат на сс!:оа:::а: С7гг:ка: 5) по-

лучс-к« загголкосгч для опталпозц::!! рабочего прсс7ра::с7га стайка ТЛПСЗОГО ГГГ:-'!.

Го":-г;:г"окал г?::гость :: позультпта^__работ:'

2 промгга'леннзстя

1. Продлолела ::стодл:га ссздаллл функдлолальле-теллологлчзс:.::):7 ' структур тллог ;-:-: ГГГ*.

2. Разработал;: фуллдлслальлс-телпслоглчссклэ• стру:ггур!г и ксллохоаочли-? рсаоллл ч-отлрс-л тллстьл: кругло^лкСотальллл ГВ: кг:-; с 0102:1 :::: рзбсч-зго лрс-зктиро5а;-л:л.

3. Рззработани :.'.-??сд:::<:: кедлрзааллл, клаослфлкацк:: п грулллрсзалля дсталса иоззоляздлз Е'гсратъ зкокз:л:часки долоссобраз.ча'Л: тилоразмор тгсг-зогэ ГПМ.

Проллогечы г.алот:: лргкладньл: г.рогрз:.-.^ по статлстачссксй ссработкс дз!::-г_,х, аа7су.а7::з::рог;а;-п:з!.:у ходлрсваллп :: груг.ллрзлгнлп летало;:, расчгту размеров рабочего про..гралстла, ерлолтлреладп^з на

о

псрсснальпуз SSM 7::;:а PC.

5. Сс'злгк ::эгзтрьс.дсдзГ, рогискадьн-д* ¿акх далли;: о доталл;:, :гзг0т2злзг01гк ка предприятия:-: мапикэстролтельного кс^лэпсз УдъякозсксГ: облает:;, пззаоляеаий решать задач::, всзншсаЕшо пр;: ccî0pj0.-iCT20îc::;::ï, !;здорн:::;лют. кооперировании деЛствупгди: п псзил производств.

G. Продлого:::: тезтач роас-ння на уровне нзоеретенпп ::с :;оталг.срг*усэгс- станка, cnc-cdau ;: устройства;.: для цпхлой обработки :: подачи смазочно-опддадаодгй äiskocts CCOD з гену cöpadoTsn пр:: craiosajina зг-готезох в хруглсалгфэзаль-кс>: ?£■.!.

РаСота внполпока в parean одного ::з разделов научно- тследо-агггл&скял pacto?, Buncnnssi'jin; Проблемной ваучкэ-гссяеяозател&схсг лаОораторно:* Ул1Б1 по научно-те:с:-:;:чг;с:-:о:'; прсс;леу.э "Автоматически: зовс-ды по производству летало;: :: узясь стапнов и цтаупоз" Споста-кгглягге ГКНТ СССР К £31 от 23.00.1930 г.).

Результата г-асетл попользованы в Экопериг.:ептальлс:,; паучло-гсслодойатедьсхск г-кстатуге кзтояясрозукк станксз СЕКИМС) пр: разрасатле r.cyr.noKv.-roro тепкиччскопо задания ко приоритетнее вил: слптсвалъпего оборудования, кор^атпБНз-толлпческогс информационного сСсспочс;::::-: по государственной преграде "Агтсматичесмк заводи". а также- ГОСТ £7727-83. Модул:: прокззодстзенш;е гкСхиэ дл: слп?сзл-:на деталей - те;: врале:-:;::;. Осповпке параметра и размера. ¡ ГС'СТ 11S54.-SC-. Cr а:-::::: крутлсплифоБальныз. Параметра и размера.

Апзсо-цпя егбетн . Основное результата райсты делеггшг к; Есэсозоксй научно - технической кспоерек-;::;: " Опыт сознания i опеплуатацлк radica:: авте^тпзнровзпн:«" производственных систем иэ-г.хгпчйсг.о^ cápacoT:-::'." Cr. Клев, 1SS3), Есесоюзнсй паучко-техничес' к ей конференции "Создание гн с :::::: производственны;: систем копани ческой обработки а спьт ;::: аффективной эксплуатации ь преишлен

носпГ С г. Киев, 1989), Всесоюзном научно - техническом семина; > "Перспективные методы механообработки и сборки в ГПС" Сг.Ленинград 1988), Всесоюзном межотраслевом совещании специалистов промышленное iv по переходу на Единую систему обозначения изделий и конструкторских документов и обмену опытом внедрения Классифихатора ЕСКД Сг. Москва, 19S8), на научно-технических конференциях Ульяновского политехнического института в 1986-1991 гг., на научно - технических семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Мэтал-лорезущие станки и инструмента" Ульяновского политехнического института в 1987-1991 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 обър.'л работа . Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений, включает 125 страниц машинописного текста, 30 таблиц и 73 рисунков; список использованной литературы включает 183 наименования.

Исследование влияния характеристик деталей мааии и технологии их изготовления на построение 9TG круглсылифзаальлого станка

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

■Синтез ФТС осуществляется с учетом первого принципа кибернетики - закона необходимого разнообразия, который для данной задачи сформулирован следувщм обрагом: наиболее эффективным ГПМ является такой, у которого число разнообразных технологически:: функций и

ь

элеыэнтез ограничено как по максимуму, так и по минимуму. Отссда следует, что технологические возмошости степса, долбил бить ограничены научными представлениями об их технологе - организационной целесообразности, определяемо": производственным!: условиями большинства заказчиков металлорежущего оборудования.

Поэтому, в работе основное вникание уделено исслсдозаннЕ взаимных езязой мзгду характеристиками деталей ма^нн, технологией их изготовления, структурой и компонохной крутлеилифовальног станка типового ГШ!.

При разработке научно-обоснованного метода формирования ФТС использован системный подход, согласно которому последовательность исследования"объекта могага представить з виде следусэдх этапов: формирование исходных данных, в том числе обобщение характеристик деталей мазин; анализ функций ¡¡¡С; синтез вариантов компоновок ЕС; оценка и выбор рационального варианта компоновки.

Процесс отбора немгнклатуры цлиссванных деталей, для которых экономически целесообразно проектирование типовых шлифовальных модулей, состоит в обосновании информационней модели детали (!"!£); создании представительного банка данных о деталях и группировании деталей. •

При формировании 1Щ требуется решить задачу создания оптимального набора классификационных признакоз, являсапхся - наиболее информативными при разработке СТС.

Выделить необходимые для НМД признаки иэдяо путем отображения ■р множества У элементов ФТС станка во ынохестзс Х^ признаков:

При многозначном отображении р каждому элементу < у1 > е У сопоставляйся один или несколько элементов{ а X,,,. , которые в тей ила иной степени влияет на у. Элементами ФТС, влиягщши на отбор классификационных признаков, является; состав и число

»рмообразуваих координатных перемещений, структура операций крутого шлифования, число шпиндельных бабок одновременно устакоз-;енных на станине, типоразмер и класс точности станка. Состаз ;ласси'5нкационных признаков был сформирован по результатам анализа ¡уцестзугга:: систем классификации (Классификаторы ЕСКД, ТКД я др.) ; зклпчает около 40 наименований. Для сопоставления и коли-:ествеь:кой оценки степени влияния классификационных признаков на лемекты ФТС использованы основные положения метода экспертиз; цепок. Область значения отображения р ил::, другими словами под-ножестзо Х1 наиболее информативных Сзначшшх) пркзнакоз пксывается следуядим уравнением

X, = С? Су,) V V X кл ✓ С5 Э1> 5 гр1)) е Х^ , С2)

ле р Су,) - образ элемента У по шгогэству Х^, вклотаегша

екотсрое подмножество С > классификационных призпакоз, сояостав-яетх при отображении р элементу ; 5Э1, с^р, - среднее к раничное значение экспертной оценки элемента, о результатам статистической обработай экспертных сценой на ЗЕН

уделены 12 классификационных признаков, вошедших з 1"1Д С табл. 1).

- Таблица 1

Состав классификационных признаков, зходядпх з ИМД

Группа классификационных . признаков

Классификационная группировка по Классификатору ЕСКД

Наименование признака

окструкторсккэ рнзнакя. ■

Подкласс 1 Соэткопзпке длкпы и диаметра

детали СЫ)) Подкласс 2 Форма наружной поверхности Группа 3 Структура наружной поверхности Подгруппа ?ор!.са внутренней поверхности Подгруппа_5 Структура внутренне? повеохност

ехнологпчс-с-::о признаки

6

7

8 3

10

Габаритное размеры детали Масса детали

Размерная точность детали Точность зз слитого расположения поверхностей Шероховатость детали

рганизапионяо- — яановыг признаки —

11 12

Программа выпуска детали Труде с ¡'.кость сораСотки

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

Выявить обобщенные признаки деталей машин, характерные для большинства машиностроительных производств, моете 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 и др. Установлено, что номенклатура выпускаемых в области изделий во многом схоха с номенклатурой других промысленно развитых областей Самарской и Нижегородской . Это позволило считать, что БД о деталях Ульяновской области адекватно отражает требования машиностроительного комплекса Поволжья и, очевидно, в це.-лх Российского машиностроения. Региональный БД выведен на машинные носители ПЭВМ и содержит информации о 150 тыс. наименований деталей. Из них 25Y. составляют детали типа тел вращения. Шлифуемых деталей оказалось 10800 наименований, , что составляет примерно 30% от всех деталей типа тел вращения.

Объединение деталей в группы осуществляли по конструктивным признакам, так как именно они в основном влияет на ФТС. Иерарха-

ческуп структуру конструкторского классификатора можно предстгуггь з виде графа-дерева (Х(., U), где Х^ - множество вершин графа (или, в данном случае, множество конструкторских признаков) и U -множество ребер, показывающих взаимосзязь_призна1шв-Еерш!Гп_(рисЛ_) Классификационные группировки xko. xki, хь.....

X>Kí, соответствуют наименованиям конструктивных признаков в НМД. Число классификационных видов, определяемое последозате-льным сочетанием призка-коз х]С1 j каздсй классификационной группировки X, , является в любом классификаторе достаточно большим Снапример, в Классификаторе ЕСКД для тел врааения предусмотрено около. 1500 видов). Это крайне затрудняет их использование в качестве■комплексных деталей-представителей технологических операций шлифования при разработке типового оборудования.

В качестве признаков группирования деталей принимаем классификационные признаки j. которые связаны с изменением числа формообразующих координат мэталлорегуцого станка ГШ<!. Это позволяет нам увязать конструктивные признаки деталей мааи:! о бормообра-зупж/и координатами станка, что очень валю для разработки ФТС.

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

Тогда, моено считать, что элементы подмножества Х> классифика-цконных признаков, вступают в бинарные отношения с элементами мно-гества формообразующих координат, которые устанавливают соответствие элементов одного множества элементам другого: х^* Ф4. где и Ф1 -элементы множества Х1 и 4>к, а " * "- бинарное отношение.

Анализ матриц отношений позволяет определить признаки детали, соответствующие одинаковым формообразующим перемещениям станка. Естественно такио признаки объединить, присЕо:ш им новое кодовое обозначение. Применительно к графу, показанному на рис. 1, объединение признаков означает его структурное преобразование с помощью операции стягивания Ссвертки) графа. Операция стягивания вершин графа Ь = (Х^., II) превращает его в другой граф I* с числом вершин пСЮ - 1 к с меньшим, чем у Ь число:-: р-эбер (рис. 1,6). Каприс

мер, при стягивании ребра и*г Сх^,, , е и само'ребро

удаляется, а инцидентные ему вершины х., к Хь. заменяются одной

К2 1 2

. Эта вершина объявляется-смежной со-всеми теми вершина-

ми кногоства , >:<,_,„ >, которые в графе Ь были сметы по

крайней мере с одной из вершин х^. , х^.. Сем. рис. 1,6). Естественно, что вершины к х^ идентифицируют классификационные признаки, дня обработки которых требуются одинаковые число и состав формообразующих координат.

Таким образом, нами впервые выполнено обобщение клгссифпка-цпонккх признаков иерархически структурированного классификатора по отношению их к формообразующим коордпкатаы станка.

Несмотря на значительное сокращение вершин в графе по сравнение с графем группирование по структуре Ь* всо ко связано с переборен большого числа вариантов к его непросто реализовать дате ва ЭВМ. В этом случае, с цель» использования матачатг.чрекш: зависимостей для формирования конструктивно-технологических групп СКТГ) структура графа V прообразована в ряд обобщенных деталей

СОД), ранжированных по количеству требуемых для их обработки формссбразусщпс координат ¡ллнфоЕальнсго станка.

Формирование ряда ОД по признакам графа Ь* начинается о объединен Ил зораик по зс-'м хлааси^ягсацпокикм группировкам X,, с нг;плэ-Еьнга числом форкосбразушгх координат, а затем и других зер-ни по м.^рэ узелпчэния числа формссбразуг.-'лх координат как ¡глннмум на 1.

При отсм для ссрасстк;: лор-сЛ (наиболее прсегой) з ряду ОД требуется кинж/дльксо число форме осразугзц:::: координат. Паксимгль-пое число формообразующих координат будет соответствовать обработке последней з ряду и наиболее? ело—ю:- ОД (рис. 2).

3 качестве условия (критерия) группирования по ряду ОД принята полная загрузка как минимум одного гибкого модуля деталями определенней группы. Это условно «одно ~4фазпть целовей су:ткциой :

I £ tЧ ' Ксо 1 5 V , СЗ)

где П^ - годовая программа выпуска 1-тсй г.с-тпли; Т, - трудсв'лсссть

изготовления х-той детали; К„0 - коэффициент согмеце-

г ¿ — ---

ния переходов зо зремонн

<? - годозой фонд времени т J !о

работы оборудования; гп-чпе-

ло деталей з группе; 2,.,

ZK~ начальный и конечный номер ОД , ограничивав^:

оптимальную группу.

На основе неравенства СЗ) к матэмат/чесхой зависимости трудоемкости обработки ,То от номера CZ) ОД з ряду Сем. рис. 2) получено уравнение для продзарптелъкей оценки возможности создания групп деталей когда оце не создан ппзде~ .вительный БД о деталях:

¿•н '■г ~з -х

Рис. 2. Зависимость трудоемкости То ::зго-товленкя ОД от се номзза Z з ряду: 7л , Zfc -начальная и конечная ОД; 1,2,3- после дезательная ,параллзльно-псследозате-лькая и параллельная схемы обработки

п+1

Пео • д - 2_) _ С4Э

П Т К С? - 7, 3 + 00_-2_> Ф

Ср 02ц со ^ Н П + 1 - УСО

где Пср - средняя годовая програша для всех ОД; То2 - трудоемкость

изготовления начальной б ряду ОД; д-козффициект пропорциональности

п- показатель степени. Реиив уравнение (4) относительно 2К с поыо-

цьз ЭВМ, молно найти численные значения с...

. Построение ФТС п компоновок станков существенно зависит ст структуры технологических операций (СТО) Споследовательная, парал-лелы.о-псслодовательная, параллельная), выбранной для обработки поверхностей комплексной детали СКД). Количественно СТО оценивается коэффициентом Ксо. Уставновлена зависимость Ксо от элементов приведзншас затрат на операции:

..ксо = ——с— ''г а'йзз -О ' • ' С5}

1п

о

т т ; кг^

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

В связи с отсутствием достаточного опыта создания отечественных слифовальных ГПМ сложно определить стоимостные показатели в формуле (5). Поэтому, выбор рациональных СТО в зхедеринентальных исследованиях ссуцествляли по критерии мин-лиз ация трудоемкости операции с учетом ряда ограничений, связанных с конс\^уктлвко-тех-нологическимн признакам КЯ. При зтем Ксо определяли по формуле:

Ксо= ' К, Тв1 . СИ .

Л

где Те~ кепереярызаемое оперативное время операции сумма

всех п элементов времени совмещенных и несовмещенных переходов.

На основании анал^а признаков Классификатора ЕСКД и их отношений с формезбразувдими координатами Соси X. 2 и др.) сформп-

рованы два ряда ОД с 1/д < 2 (фланцы, крышки, стаканы и др.) и 1Уд > 2 (валы, оси и др.), ранжированные по числу координат (от 2 до 6). Расчет Их по уравнению (4) для станкостроительного и приборостроительного заводов показал возможность создания нескольких труни по обоим рядам. После сортировки деталей БД по группам (используя коды ОД) расчет выполняли по каждому ряду, начиная с первой группы (с минимальным числом <?к) , к используя ограничение (3). 3 результате расчетов по предприятиям получены 4 группы деталей, комплексные детали-представители дзух из них приведены на рис. 3. Для каждой группы разработаны технологические процессы шлифования заготовок з типовых ГПМ. Установлено, что наиболее эффективны;«

О,

язляются параллельно- последовательная и последовательная слета

осработки. Коэффициент Ксо изменяется от 0,.6 до 1. Предложенные варианты операций шлифования поэ-лявт на (20-50)н сократить основное время обработки и в (2-5) раза вспомогательное врем по сравнению с обработкой на универсальных станках.

ж-

^О)- ® «р_|

щ^ЗШ

J>. С2

rpt*

ЕМЗЬ ._iff-

9

Ж

о)

[ZEZ^b .

Рис. 3. Комплексное детали-представители операций шлифования: а- для группы 71122; с- для группы 71521

Синтез функционально-технологических структур и компоновок станков типезмх круглоилифозальнмх ГПЛ

Применим функциональный подход к аналитическому исследованию станков, зходяаих в состав типовых ГПМ, начиная с опседеления их

общесистемных, основным . вспомогательных функций.

Общесистемную функций , характеризующую шлифозалькый станок ГПМ как обособленную систему, определим как возможность осудэстзяять з автоматическом регкмз шлифование заготовок деталей типа тс: вращения в предела:-: технических характеристик и технологических возмоглостей станка, автономно или в составе ГПС.

Через основные функции Г (формализованы формсобразуюгшг

координатные переведения Ф., исполнительных органов станка:

Г , <-» • * <7)

•• 1 к

где " <—» " - знак. обозначающий оквизалентнссть 1.г;ог.естз.

Реализацию основных Функции Г,, обеспечивают вспомогательные функции /. , где 1 - уровень вспомогательной функции, а - ее номер. Состав функций Д, зависит от принятой СТО и определяет пере-мзщекпя исполнительных органов станка относительно заготовки для реализации формообразующих координатных перемещений.

Взаимосвязь множеств функций разных уровней выразим бинарных отношением

Г = ( К > * {Г > х (/. . > , С 8)

О 1 * ^

которое устанавливает соответствие кегду функциями. Наглядно соответствие мзгскэ представэть в виде графа пли таблицы , которые. называется функциональной моделью станка ГПМ Стабл. 2).

Следующий шаг в аналитическом исследований станка заключается в построении его ФТС (рис.4), в которой устанавливаются взаимосвязи. выявленных функций и материальных носителей, называемых функциональными блоками (станина, стол, шлифовальная бабка и т.п.3, сос-таз которых определяется с помощью морфологических матриц .

Формирование ФТС шлифовальных станков всех типовых ГПМ позволило установить унифицированные Функциональные блоки, входящие в разные станки. В зтом случае, производство станков типовых ГПМ модно организовать по блочно-модулънсму принципу .

Таблица 2

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

Основные функции • Р,

1.1

Вспомогательные функции /

Г - движение фсрмссбра-11 зозанкя по оси X;.

Г - движение формообра-53 зования по оси 2-,

7 - движение формсобра-11 зования по оси и; ,

? - движение формосбра-1 * зования по оси V*;

Г - установочное петзе-

15 мещенне

" Р - движение С. ;

1 а п

Р - движение А ;

Р;^ - дзпхение С.„ .

/ - перемещение шлифовальной бабки 11 и Сили) стола относительно станины перпендикулярно оси заготовки;

/„ - перемещение шлифовальной бабки 21 и С пли) стола относительно станины вдоль оси заготовки; / - перемещение внутришлифовадьноЯ 31 головки и С или) стола относительно станины перпендикулярно оси заготовки; / - перемещение внутришлифовальной головки и Сили) стола относительно станины вдоль оси заготовки;

/ - угловой поворот внутришлифова-31 льной головки; / - вращение шпинделя шлифовального 31 круга; / - воащекие шпинделя заготовки; /"" - вращение шпинделя вкутришлнфо-с' зальной головки_

Этап построения компоновки ШС из унифицированных блоков включает в себя решение следующих задач: генерация возможных (реализованных на практике и перспективных) вариантов ксмпсловск станка, способны:': выполнять осков-

'нке Р . л вспомогательные 11

функции / ; анализ п отбор рациональных вариантов ког.отегозки; выбор оптимального варианта

к

их &

Й

8

я* **

Рис. 4. Функционально-технологическая структура типового ГВ'.-ОЗ для обс--ботки деталей группы 71122

кс:.г.сноз:си по определенному критерию.

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

Структурная формула компоновки есть определенная последовательность символов, обозначавших функциональные блоки станка и раскрывавшая 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 2; Хь~ салазки с нап-равляшими для перемещения шлифовальной бабки в направлении оси X;

шлифовальная бабка; Wь - направляющие для перемещения многопозиционной инструментальной головки СМИТ) в направлении оси 2; иь~ салазки с направляющими для перемещения МИГ в направлении оси X; Вь~ механизм углового перемещения МИГ вокруг оси У; - 4-х

позиционная ШГ.

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

М,и Мги Мзи М+и Ма £ Му , .(9)

где ¡^ - подмножество условий, ограничивающих (по возможности) влияние массы заготовки к узлов станка; подмножество условий, направленных на повышение тош-:остн станка; Мз - подмножество условий, сзязанньг/. с динамическими свойствами компоновки; М - подмно-

*

зество условий, сзязанкых с загрузкой и сменой заготовок; И,-подмножество условий, связанных с унификацией компоновок.

Ограничения первых четырех п^дмногестз позволяет сократить число вариантов и, главное, установить возможные езязи между-

функциональными блокам! в виде графа в = СВ, 0) отношений блоков, где В

= Ч' Ва..... Вп> -

«но: .'ство вершин графа в;

представляющих унифицированные блоки; 0 = , , ..., чп > - множество ребер графа соединяющих вершины В в том случае, если два блока могут быть объединены в логически действующую систему. Например: станина - шлифовальная бабка и т.п. С рис. 5) Из графа в могно условно выделить два ориентирован-

Рис.5. Граф G и подграфы G и G отношений мевду блокам?! *

них подграфа Gt = (3t, Q() и Ga=CB,, Q,), для которых Bj, Вае В и для каждой верыины 3t € В, Qt ) = QCb( ) n Bt и в4 e Ег> QzCbj ) = ОСз,) П Вг , отобрагаюцих ветвь ' инструмента и ветвь заготовки соответственно. Тогда, небольшое число вариантов1(ке более 3-5) ШС по кагдому типовому ГПМ получасы в результате произведения простых путей подграфов I = St ® Sa :

S Cb,) = Ci Ь. > П Г Cb, ) п Г=СЬ, ) П ... П ГПСЬ. ) !ь. 6 в ) ,

11 1 nl П 1 П 1 1 1 I

СЮ)

S Cb, ) = С( Ь, > п Г СЬ,) п ГаСЬ, ) п ... л ГПСЬ, ) |Ь, € В,) ,

si i nl .nl nil»

где Г" СЬг) - множество вершин, которые достижимы из версины ^ с использованием путей длины п.

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

Б -► Вт

гц

СИ)

где - производственные затраты при .¡-.ч варианте; - себестоимость изготовления блоха Сагрегата) станка; J - множество альтернативных вариантов компснобок; X - число блоков.

Исследование кокпоновок с помодью структурных формул, в том числе графо-аналктическкй анализ возможных сзязей между функциональным; блоками, позволило получить унифицированный состав функцпо-льных блоков для блочно-модульного построения ШС всех типовых ГШ!. Условию отбора С9) отвечают только по одному варианту компоновок станков каждого типового ГГШ Сркс.6), поэтому их стоимостная оценка С11) нагл; не выполнялась.

Предложено также аналитическое уравнение для расчета размеров рабочего пространства станка : Ск х )г Ск х )*,

[ 1 - V.

!_1

"г-

"ВТ"] ' [СС0б^ К. "V +

С12)

+ к ■> к о X

I 2

К1 ] =" к= '

где: С0Йо- стоимость станка с минимальным размером рабочего про-

странства; к1 - коэффициент, характеризунсий плотность распределения деталей по их габаритным размерам; к„ - коэффициент, характеризуют;* увеличение стоимости станка с ростом размероз рабочего пространства; х - текудее значение размера рабочего пространства станка.

Уравнение

Рис.6. Компоновка Свид в плане) ШС м?т „твп типового ГПМ-03 для обоаботкк дета-^ отно лей группы 71122

О

+

сительно х, может быть решено только численными метода:«, однако ото но мешает сделать еызод, что судестЕует такая величина 'длин;! при постоянной программе П и трудоемкости изготовления детале!: То, при которой целесообразно использовать по крайней мэре два типоразмер.г модулей 0-х и х, -L. Для каждой из четырех групп деталей па 2Z'A выполнен расчет размеров рабочего пространства станков.

Установлено, что средние значения размеров рабочего пространства у зыпгенае:.^:: станкоз являются существенно завышенными Сз 2 -- 4 раза) по сразненпа с размерами обрабатываемых на них заготозок Результаты исследований типоразмероз станков типовых кругло-илифовальн.'Д ГПМ, полученные на сс.чозакии обобщения характеристик поталей машин, выбора рациональны:: еле:: обработки комплексных •сталей-представителей, функционального анализа и структурного синтеза стзпксз, приведены з табл. 3.

Таблица 3

Основные характеристики типовых ГПМ

Основные данные Номео i IiM

ГПМ-01 ГПМ-02 ГПМ-03 ГПМ-04

Нззкаченйо и область применения Для наружного или&> заяия цнли ндрическах позерхностей и тоз-цез залез, осей, штохо-л т. п. ;1ля нарух него и зн утреннего шлифовани цилиндр, поверх, и терцев валов, гиль: и т.п. Для каруж ного и вн утреннего шлифовани цилиндр, поверх, и торцез фл -нцез.вту лок, стаканов и т. п для наружного и внутреннего шлифования цилин-дрич. ,конич... криволин. по. верх, и то-цев фланцев, втулок,валов, гильэ и т. п.

::слз формосбразулдих ооодинат 2 3 5 8

груктура операций тасования последовательная последовательная паралл.-последов. паралл. -последов.

тело блокоз (агрегатов) 6 8 9 14

lacc точности В В 3 В

»эмеры рабочего прсст-шетва CD * L), ш 50 * 100 50 * 100 80*100 80 к 100 320 к 160

50 * 400 50 * 400 160x160

125 * 500 125 * 500 320*150 80 х 250 160 * 500

Выявлено, что наибольшую применяемость на предприятиях Ульяновской области может иметь круглошлифовальный ГПМ-03 С 405* от обаего числа гибких модулей), и далее ГПМ-01 - ZI'/., ГПМ-02 - 21'/., ГПМ-04 - 12'/,.

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

Заключение

В результате исследований получены новые научные выводы и практические результаты:

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

2. Предложено уравнение С2) 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 учетом выбора рациональной структуры построения операции . шлифования по коэффициенту совмещения времени операции (5), (6)..

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

Аналитическим путем получена зависимость С12) для определения оптимального размера рабочего пространства станка типового ГПМ по хрнтэрнэ минимума затрат на изготовление деталей.

3. Создан могготгаслоБСй региональный бак.-: да;;:;:.-:-: С5Л) о дета: sx предприятий Ульяновского промышленного региона. Установлено, \~го одними из наг.болеа распространенны:; являются детали типа тол вращения С25-20)% , ::з кии алифусмы:: деталей 10:00 наименований С50% ст всех деталей типа тел вращения).

S. Выявлено, что пелезему условно загрузки оборудования СЗ) отвечает 4 группы деталей, для который разработаны комплексные детали-представители. Предложены схемы обработки деталей в типозых ГПМ. псзьслясжиэ на С50-50/0 сократить основное врем.? То и в С2-5) раз вспомогательное время 7,,.

7. На основ? анализа комплексных деталей и технологии их зли-сезанпя разработан'.: Функционально-технологические структуры и компановки ЕС типовых ГПУ.. Предложен унифицированный сог.таз функциональных блоков и их типоразмеры для блочно-модульнсго построения L!C четырех 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, ориентированных на перссналькус SSM стандарта IBM PC AT/XT.

По материалам диссертации опубликованы следусщне работы:

1. Ефимов 3.3. , Еп'.-.фапсь 5.3. 0 возможности использования интегрированных производственных комплексов на межотраслевом региональном уроЕНч // Вестник машиностроения. 1SS0. N 2. С.51-64.

2. Ефимов Б. В.. Епифанов 3.3... Голубезг М. 3. Обоснование структур типовых шлифовальных ГПМ на основе анализа классификационных признаков деталей мащин// Стандарты и качество; 1SS0. N 2. С. S3-57.

3. Епифанов В.З. , Ефимов 3. Б., Неняеза Р. И. , Федотов A.A. 0

2-i ' «

возможности организации межотраслевого производства па основе регао.чизлького балла дан:-:^ о деталях // Стандарт!! и качество. 1532. К 4. С. 25-23.

I. Епифаноз В. Б. , Ефимов В. 3. , Неклова ?. И. ( Сс-дотсв A.A. Опыт создания регионального Салка даппьи-: г.с деталям маж'.нострсе-ння: Тез.дс::л.мсжстрасл. совещания, 27-28 сентября 1088 г. - Ii-ГШ5120К, 1S33. С. 13-15.

5. Ефимов Б. 3. . Беткассз Н. П. , Епифанов 3. В. Система автоматизированного проектирования технологических операци:! ^лифозания: 'Лчфсрм. лист U 03-28/ Ульян. ИНГИ. 1933.

о. Е.;::мзь Б. В., Епифанов 3.3. Технологические требования к выбору структуры гибких шлифовальных модулей для группоьей обработки деталей// Перспектизкыо методы механообработки и сборки в FIIC: Тез.докл.краткосроч. соиииара 16-17 декабря 1SH3 г. - л.: ЛЛгГГП, 1333. С. 41-ti.

7. Е^имзъ В. Б., Беткасов И. И., Епифанов Б. 3. Пзвизею:® збфзк-тивнзети использования CQ'd з условиях ГПС// Смазочно-озглаждаищи-з технологические средства в процессах обработки рггансзы: Сб. науч. трудов. Ульянове!-.• УлПл. 1S00. С. 53-53.

8. A.c. 1305374 СССР ККИ Б24В 55/02. Металлорежущий станок/ 3. В. Ефимов, Н. 11. Веткасов, 3. В. Епифанов и Р. С. Чумарин (СССР). -

N 404Ö700/31-C3: Заявл. 03. 04. 85; Опубл. 15.01. 38. Бил. N2.

9. Л. с. 1525555 СССР ККИ S243 55/02. Способ слпфования и устройство для его осуществления/ В.В.Ефимов, Н. И. Ееткассв, Б.З. Епифансз (СССР). - Ii 4343333/31-03; Заявл. 22. 03. 87; Опубл. 07.12.SG. 5ел. N 45.

10. A.c. 143'.554 СССР ККЛ 3243 55/02. Устройство длл подачи со:;:/ н. И. Бзткассв. В. В. Епифанов и Е. П. Пасксз (СССР). -

N 4303123/31-03; Заязл. 22.03. ; Опубл. 07. 05. S9. Бил. К 21 •

П. Пелозптельхе-э реагкие по заявке П 4S51850/0S С075233) от 15.07.90. Ш В 24 В 51/00. Способ управления круглым врознь слифованием/ Ефимов В. В., Веткасов К. IL , Епифанов В. 5.

ПОДПИСАНО ü ПКЧДТЬ ¡5.02.03. ФОРМАТ f.OXÍ-1 !/!С. ПУЛ'.АГА ПИСЧАЯ. GßLii.W В П.Л. 1,1. ТИРАЖ !О0. ЗЛКЛЗ 231.

ротапринт. у.1гн1 4кы0о, ульяновск, ул. энгельса, 3.