Основные определения. Задачи компоновочного проектирования станков

Каждый станок состоит из нескольких функциональных подсистем: обработки, управления, смены инструмента и заготовки, контроля и др. Основной является подсистема обработки, реализующая за счет согласованных относительных движений инструмента и заготовки главную функцию станка - размерную обработку заготовок.

Номенклатура движений в подсистеме обработки и их параметры – траектория, скорость и т.д. определяются технологическим процессом обработки. Для реализации этих движений в станке предусмотрены специальные функциональные элементы - исполнительные звенья (шпиндели, столы и др.), детали несущей системы станка (включая подвижные стыки), элементы передачи движения и двигатели.

Определяющую роль при размерной обработке заготовок играют траектории движений формообразования, от которых зависит самый важный показатель качества станка - его точность.

Заданные траектории формообразующих движений и их расположение в пространстве обеспечиваются исполнительными звеньями и несущей системой станка.

Совокупность исполнительных звеньев и деталей несущей системы, которая характеризуется их количеством, типом, пространственным расположением и пропорциями, называется компоновкой станка.

Сами исполнительные звенья станка, узлы и детали его несущей системы (включая стыки) будем называть далее элементами компоновки.

Компоновка станка, как правило, состоит из одного стационарного (постоянно неподвижного) и нескольких подвижных элементов, разделенных стыками.

Совокупность элемента компоновки и соответствующего ему подвижного стыка называется подвижным блоком.

Ряд подвижных блоков от исполнительного звена до стационарного элемента компоновки образует ветвь компоновок. Ветви составляют компоновку станка.

Она представляет собой конструкционную структуру, строение станка, но без детализации отдельных его элементов. Отсутствие детализации проявляется, например, в том, что элементы компоновки обычно изображают как простые геометрические тела (призмы, цилиндры и др.) или их комбинации.

Для их изображения необходимо указать, кроме типа, лишь размеры, в основном определяющие габарит элементов компоновки - так называемые компоновочные параметры, которые служат как бы связующим звеном между компоновкой и непосредственно конструкций узлов станка.

Основы изучения компоновки станков как самостоятельного объекта заложены Ю. Д. Враговым. Обычно разработка (синтез) компоновки производится на ранней стадии проектирования станка после обоснования его характеристик, выбора метода и движений формообразования, предварительного определения его кинематической структуры. Эта стадия проектирования является самой ответственной, когда от правильности выбора компоновки во многом зависит успех проекта в целом.

Известно, что получить деталь заданной формы можно, используя различные виды инструмента и способы обработки. От этого зависит состав исполнительных движений в станке и его кинематическая структура. Различным кинематическим структурам, как правило, соответствуют различные компоновки.

Например, для обработки ступенчатых цилиндрических деталей резцом необходимы три движения формообразования – , где - вращение, и - продольное и поперечное прямолинейные движения.

Изменяя структуру компоновки и пространственное расположение элементов, участвующих в формообразовании, можно получить несколько различных компоновок станка одного и того же назначения.

Компоновке обычного токарного станка (рис. 1.78) соответствует расположение неподвижной бабки с вращающимся шпинделем на станине, по направляющим которой перемещается продольный суппорт с поперечными салазками.

Рис. 1.78. Компоновка токарных станков: а – с продольным перемещением суппорта; б) с продольным перемещением шпиндельной бабки.

Если передать продольное перемещение шпиндельной бабке, оставив суппорту лишь поперечную подачу , то получится иная компоновка, свойственная токарным станкам фасонно-продольного точения (рис. 1.78, б). Структура обеих компоновок различна. Формообразующие свойства и кинематическая структура одинаковы.

В компоновке еще нет детализации отдельных ее элементов, которая свойственна конструкции. Станки одинаковой компоновки могут иметь различные конструкции узлов. Например, в компоновке токарного станка (рис. 1.78,а) еще не определена конструкция шпиндельного узла, тип и конструкция направляющих суппортной группы, конструкция корпусных деталей несущей системы. И наоборот, узлы одинаковой конструкции (так называемые агрегатные модули) могут использоваться в станках разной компоновки. Однако полного разграничения компоновки и конструкции не должно быть, так как при синтезе и анализе вариантов компоновки требуется знание отдельных элементов конструкции, например, направляющих (для определения жесткости стыков).

Введем понятие компоновочного фактора, назвав им возможное существенное воздействие конструктора на показатели качества станка через выбор его компоновки.

В состав компоновочных факторов входят:

1. структура компоновки как совокупность определенным образом связанных элементов (стационарных и подвижных, совершающих координатные движения);

2. пространственное расположение элементов компоновки (в частности основных плоскостей стыков);

3. габариты элементов компоновки (главным образом их размерные пропорции), от которых зависит соотношение жесткостей элементов компоновки по разным координатным осям;

4. вылеты — координатные расстояния (рис. 1.79) между центрами жесткости стыков и точками приложения нагрузки (силы резания, веса элементов), сильно влияющих на перенос силовых воздействий и перемещений;

5. факторы категории сопряжений — типы подвижных стыков, отличающиеся соотношением длин подвижной и неподвижной частей (рис. 1.80).

Рис.1.79. Вылеты: 1 – центр жесткости подвижного станка; 2 – точка резания; 3 – центр тяжести элемента компоновки – составляющие силы резания, – вылеты.

Компоновочные факторы не зависят от конструкции узлов станка. Все они имеют количественное выражение и в значительной степени влияют на основные показатели качества станка.

Рис. 1.80. Типы подвижных станков

Из изложенного следует, что задачами проектирования компоновки станков является определение компоновочных факторов, которые при заданном наборе координатных движений исполнительных звеньев обеспечивают потенциальную возможность получения оптимальных (или близких к ним) значений основных показателей качества станка.

В качестве исходных данных на проектирование компоновки обычно используют:

1. вид и взаимное расположение инструмента и заготовки;

2. координатные движения исполнительных органов станка;

3. максимальные размеры заготовки, которые определяют размеры пространства, в котором производится обработка (рабочего пространства станка).

19. Промышленные роботы, их классификация и области применения; проблемы внедрения ПР в производство.