pronikov_a_s_1994_t_1 (830969), страница 80
Текст из файла (страница 80)
11.6 приведен пример оптимизированной структуры парка многоцелевых станков с ЧПУ, предназначенной для изготовления массива деталей, показанного на рис. 11.4,а. 11.3 Модульный принцип построения компоновок станков Большинство станков создано на основе классического метода проектирования, при котором станок «разбиваютъ на отдельные узлы, разработка которых продолжается до момента сближения требований по различным техыическим и эксплуатационным характеристикам. Широкое распространение в последние годы при проектировании станков и других технологических машин получил модульный принцип. Под модулем понимают функционально и конструктивно независимую единицу, которую можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями. Металлорежущие станки представляют собой многокомпонентные структуры со сложными взаимосвязями составляющих элементов.
Лю"бой станок следует рассматривать как систему, состоящую из множества упорядоченных и геометрически связанных конструктивных элемен- тов, находящихся в определенных функциональных зависимостях. В общем виде математическую модель любого станка С представляют в виде С=(Е,Х;~, где Е=1еь ет,...,е ) — множество элементов модульной системы; Х= =(Х~,Х2,...,Х ) — множество бинарных функциональных отношений на множестве Е. Для синтеза, анализа технологических и структурных возможностей модулей, их характеристик и возможных связей между ними удобно пользоваться основными положениями теории графов и множества 16,7'1.
Допустим, что в комплект модулей входят следующие узлы: 1 — шпиндельная бабка вертикального исполнения, 2 — каретка, 3 — вертикальная стойка с направляющими, 4 — станина, 5 — основание, 6 — поворотный стол, 7— станина с приводом подачи, 8 — каретка. Считая, что станок может состоять не менее чем из трех модулей, простым перебором возможных вариантов их комбинаций можно полу- чить вариантов станков, отличающихся друг от друга только самими модулями.
Если каждый модуль может быть использован в станке дважды, то число возможных компоновок возрастет до 65000. Подавляющее число вариантов будет неработоспособно, что доказывает нецелесообразность использования в данном случае простого перебора. Для ограничения числа возможных вариантов компоновок станков строится граф отношений данных мод~.~ей 6ь Вершины графа обозначают модули, и если два модуля могут быть механически собраны, то обозначающие их вершины связываются ребрами (рис.
11.7). Из построенного графа 6~ можно выделить два подграфа 61 ~ и 6~ 2, отображающие части станков: 61,1 — связанный с режущим инструментом (силовую часть), 612 — связанный с обрабатываемой заготовкой (установочную часть). Подграфы 61.2. и 6~,~ удобно изобра:- зить в виде ориентированных графов, поскольку при конструировании или подборе модулей удобно начинать с модуля, свазанного с режущим инструментом (шпиндельной бабкой). Остальные модули следует последовательно присоединять к н им, а затем друг к другу. В подграфе 61~ имеются следующие простые пути: 5~=(1,5), Яя= (1,8), 5з= (1,7), соединяющие начальные и конечные вершины.
При соединении вершин 1 и 5, а также 1 и 4 существует только один путь 5~ —— (1,5), 52 —— =(1, 2, 3, 4). Вершина 7 связана с вершиной 1 тремя разными путями: 5з = (1,7) = =(1, 2, 7)=(1, 2, 3, 8, 7)=(1, 8, 7). Таким образом, при анализе подграфа выявлено, что из данного набора модулей можно собрать пять различных компоновок силовой части станка: 11,5), 11,8,7), 11,2,3,4), 11,2,3,8,7), 11,2,7). В результате анализа подграфа 61.2 получается -пять вариантов компоновок установочной части станков: Д, 16,2,3,4), 18,7), 16,2,7), 16,2,3,8,7). Комбинации комплектов модулей силовой и установочных частей станка позволяют получить возможные компоновки станков, которые могут быть созданы из данного набора модулей. Их всего 25 вместо 65000, полученных в результате простого перебора.
Полученные компоновки из комплекта модулей восьми наименований должны быть проанализированы с позиции их технологических возможностей, т. е. должен быть осуществлен выбор металлорежущего оборудования для решения задач заказчика. В общем случае задача выбора компоновки станка сводится к сравнению известных или вновь предлагаемых компоновок по определенным признакам. Отсутствие в практической деятельности предприятий интегральных критериев выбора говорит о том, что условия производства конкретного потребителя выдвигают свои требования, связанные с традиционным технологическим процессом, оснащенностью предприятия и накопленным инженерным опытом. Вместе с тем можно при выборе станка воспользоваться обобщенным мнением экспертов, которые высказывают следующие соображения [2) .
Обобщенный показатель качества станка состоит из суммы частных показателей (критериев). Наибольшее предпочтение экспертами отдано критерию, характеризующему производительность станка. Надежность работы станка также входит в состав основных показателей его качества. Относительно критерия, характеризующего точность станка, имеется двойственное мнение.
С одной стороны, по удельному весу экспертных оценок он близок к показателю надежности, а с другой,— некоторые специалисты считают, что точность является решающим показателем качества станка, и его нельзя включать в состав слагаемых частных показателей.
Уделяется также внимание критерию, характеризующему стоимость станка. Причем в этом критерии эксперты предлагают учитывать затраты через такие характеристики станка, как его масса, размеры, уровень автоматизации и возможность встраивания станка в автоматизированные производства и т. д. Результаты подобного анализа, проведенного на основе экспертных оценок, позволяют сформулировать основные требования к структуре и содержанию обобщенного показателя качества станка. Различают три группы критериев: технические — характеризующие функциональные и эксплуатационные возможности станков, экономические — характеризующие затраты, связанные с реализацией конкретной технологической задачи, и технико-экономические— связывающие степень использования определенного ресурса станка с его стоимостью. Совокупность этих групп показателей, их взаимосвязь выражаются через обобщенный показатель качества в виде стоимостной оценки эффективности применения станка: Х = 1— — У,р/У,~~О, где ӄ— в формуле область эффективного использования станка; У, — относительная производительность сопоставляемых вариантов изготовления деталей.
Модуль показателя Х выражает относительное значение экономического эффекта в долях суммарных косвенных приведенных затрат базового и нового вариантов изготовления деталей; равенство Х= =0 соответствует границе между областями применения сравниваемых вариантов обработки; положительное значение А соответствует области рационального использования оборудования, отрицательное — области нерационального применения. Показатель Х учитывает целый ряд факторов и отражает при выборе особенности как самого металлорежущего станка, технологию изготовления детали, так и вопросы, связанные с организацией производства 12). 11.4. Структурное формирование комплекта модулей Структурное формирование комплекта модулей, необходимого и достаточного для построения группы (или гаммы) компоновок станков, производится на основе ограниченной информации об обрабатываемых деталях и статистического анализа применяемости базовых компоновок металлорежущих станков.
В левой части табл. 11.1 для примера приведены данные о группе корпусных деталей, подлежащих обработке на станках, соответствующих компо- Рис. 1$.8. Компоновки станков, собранные из восьми наименований одного типоразмера 11Л. Применяемость металлорежущих станков Характеристика изготовляемой детали Структурная фор- мула станка Форма До 300 До 400 До 1000 Св. 1000 А УОХХСь ВХЯОУС~ ВХОУ УС~ ВОХЯ УС>,.
0,63 — 1,6 0,63 — 1,6 До 2,5 ХЕОПС„ .ХОУКС, ОХУЕС, Призма Брус Св. 2,.5 Брус высокий Св. 1,6 Обозначения: В~ — ширина; Ь,.— ширина, принятая за единицу; 6„1,— высота, длина по отношению к Ь,; К вЂ” число обрабатываемых сторон Рис. $1.9. Модернизированный вариант комплекта модулей: 1 — шпиндельная бабка (вертикальный вариант»; 2 — каретка; 8 — вертикальная стойка; 4 — станина; Б — основание; 6 — поворотный стол; 7 — станина крестового стола; 8 — каретка крестового стола; 9 — шпиндельная бабка (горизонтальный вариант).„ 10 — дополнительная каретка; 11 — универсальный новоротно-наклонный стол новочных решениях.
В левой части таблицы записаны структурные формулы возможных компоновок станков, способных обработать массив корпусных деталей с характеристиками левой части таблицы. На рис. 11.8 видно, что из восьми ранее ' выбранных модулей структурным формулам станков табл. 11.1 соответствуют варианты компоновок станков 4 и 18 (структурные формулы соответственно ОХУХС„ХУОХС,» и только. В частности„отсутствуют варианты станков с горизонтальным, расположением шпинделя,. бабка которых перемещается по вертикальным направляющим стойки;.
не предусмотрен вариант станка с подвижной стойкой но одной координате; иет варианта установочной части станка с крестово-подвижным и поворотным столом и отсутствует возможность обработки корпусных деталей с пяти сторон. Для станка с горизонтальным шпинделем (рис. 11.9) вводится шпиндельная бабка У и сохраняется при этом связь каретки 2 со стойкой 8. Для обеспечения движения стойки по одной координате вводится каретка Ю, обеспечивающая подвижное соединение между модулями 8 и 7. Далее предусматривается возможность соединения поворотного стола 6 с верхней поверхностью крестовых салазок 7 и вводится новый модуль 11 — универсальный поворотный стол. Число возможных вариантов станков возросло, но произошло также увеличение номенклатуры модулей и некоторое усложнение связей между ними. Для упрощения связей и сокращения комплекта модулей можно предусмотреть возможность обеспечения неподвижного соединения нижней части стойки (модуль 8) на каретке (модуль 2) и верХних салазок (модуль 8).
Поскольку функционально модули 2 и Ю одинаковы, то придание им единых конструктивных решений позволяет считать модуль 2 как основной, и, кроме того, можно поставить задачу конструкторам — обеспечить использование модуля 2 в качестве верхней каретки модуля 8; целесообразно с точки зрения унификации корпусов шпиндельиую бабку представить как единую для двух исполнений по расположению шпинделя. 1аким образом, найдя все пути между начальными и конечными вершинами подграфов, выделим 16 комплектов модулей силовых (рис. 11.10) и 10 установочных (рис. 11.11) частей станка. Их комбинации дают 176 вариантов комноновок, из которых 16 (рис.
11.12) можно рассматривать как станки, предназначенные для решения тех технологических задач, которые отображены в формализоваиной записи табл. ! 1.1. Следующим этапом создания станков является определение технических характеристик установочной и силовой частей металлорежу- Рнс.
11.10. Комплекты силовых модулей Рнс. 11.11. Комплекты установочных модулей щих станков. Установочные части определяются довольно просто [21 после определения размерных рядов. Среди различных методов определения характеристик силовой части станков одним из наиболее распространенных является метод, основанный на анализе паспортных данных существующих станков данного типа.
Недостаток его заключается в необходимости накопления достаточно большого объема информации по однородным видам оборудования с ориентацией на станки последних лет выпуска и по возможности с исключением факторов рекламного или конъюнктурного характера. Модульный принцип построения станков позволяет предусматривать исполнение тех или других вариантов модулей, характеристики которых могут быть получены на основе анализа условий резания по ведущей операции. При расширении номенклатуры модулей за счет исполнений станков, а также с учетом различных их размерных вариантов модульная система может существенно изменить число возможных сочетаний силовой и установочной частей в станках, и в этом случае трудоемкость выполнения анализа резко возрастет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
