Формирование множества возможных компоновок многокоординатных зубообрабатывающих станков

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 914
Л. И. Шейко ФОРМИРОВАНИЕ МНОЖЕСТВА ВОЗМОЖНЫХ КОМПОНОВОК МНОГОКООРДИНАТНЫХ ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ
Приведена методика формирования множества компоновок многокоординатных зубообрабатывающих станков, основанная на возможности получения любых относительных движений инструмента и изделия за счет различных наборов подвижных блоков как по виду движения, так и по пространственной ориентации.
направлений их движений
Компоновка, зубообработка, движение, множество, блок, станок
L.I. Sheiko FORMATION OF A SET OF POSSIBLE LAYOUTS FOR MULTIAXIS GEAR CUTTING MACHINES
The article presents a method of forming a set of multi-axis configurations for gear cutting machines based on the possibility of obtaining any the relative motions of the tool and the product due to different sets of mobile units both in the form of motion or spatial orientation of their movement.
Arrangement, cutting, movement, set, block, machine
Основными отличительными особенностями многокоординатных зубообрабатывающих станков (МЗС) являются [1]:
— полное совмещение наладочных и формообразующих движений-
— наличие в МЗС шести исполнительных органов, из которых три задают относительное угловое положение инструмента и обрабатываемого изделия и три — текущие координаты определенных фиксированных точек осей вращения инструмента и изделия-
— оснащение каждого исполнительного органа отдельным приводом, управляемым микропроцессорной системой ЧПУ —
— одновременное управление в общем случае 6 формообразующими движениями по нелинейным законам.
Таким образом, все движения исполнительных органов, в том числе и наладочные, полностью автоматизированы, и исполнительные органы могут располагаться в пространстве в общем случае произвольно, так как к ним не требуется свободного доступа для ручных наладочных установок. Кроме того, на МЗС реализуются любые относительные движения инструмента и изделия, то есть на нем могут обрабатываться любые (в пределах характеристик МЗС) зубчатые колеса любыми методам зубообработки, и реализация этих движений может быть выполнена различными по виду движения исполнительными органами.
В связи с указанным для формирования всего множества возможных компоновок МЗС, имеющих различные свойства, предложена концепция [2], в основу которой положена возможность получения любых относительных движений инструмента и изделия за счет различных наборов подвижных блоков, как по виду движения, так и по пространственной ориентации направлений их движений. Следовательно, основными этапами формирования множества компоновок являются:
— определение множества возможных наборов блоков в соответствии с предложенной концепцией-
— формирование на основе полученных наборов блоков множества компоновок МЗС, используя известные способы комбинаторики.
Уточним понятие «набор блоков». Под набором блоков МЗС понимается любое сочетание семи блоков, из которых 6 блоков являются подвижными и 1 — стационарным, обеспечивающих любые относительные движения инструмента и обрабатываемого изделия.
При формировании наборов блоков каждый из подвижных блоков характеризовался двумя
признаками: видом движения (прямолинейное П или вращательное П) — ориентацией в пространстве направления движения для прямолинейно-подвижных блоков или направления оси вращения для вращательно-подвижных блоков.
Возможные наборы блоков по видам движений зависят от варианта задания относительного положения инструмента и обрабатываемого изделия. Как указывалось выше, для реализации в МЗС любых относительных движений инструмента и изделия необходимы 6 движений.
Три из этих движений задают относительное угловое положение инструмента и изделия, и эти
движения всегда реализуются тремя вращательно-подвижными блоками П- П- П. В качестве таких блоков для МЗС были приняты:
— блок инструмента, вращающийся вокруг своей оси-
— блок изделия, вращающийся также вокруг своей оси-
— блок, изменяющий угол между осями вращения блоков инструмента и изделия и вращающийся вокруг оси, непараллельной осям блоков инструмента и изделия.
Три остальных движения задают текущие координаты определенных точек осей вращения инструмента и изделия (блоков инструмента и изделия) и могут быть реализованы следующим образом:
— тремя прямолинейно-подвижными блоками П, П, П, перемещающимся по непараллельным направлениям, не лежащим в одной плоскости-
— одним вращательно-подвижным блоком П, ось вращения которого не совпадает с осями вращения блоков инструмента и изделия, и двумя прямолинейно-подвижными блоками П, П, перемещающимся по непараллельным направлениям, причем одно из этих перемещений должно быть
неперпендикулярно оси вращения блока П-
— двумя вращательно-подвижными блоками П, П, оси вращения которых не совпадают друг с другом и с осями вращения блоков инструмента и изделия, и одним прямолинейно-подвижным блоком П, перемещающимся в направлении, неперпендикулярном одной из осей вращательноподвижных блоков П.
Возможна реализация рассматриваемых движений и тремя вращательно-подвижными блоками П- П- П, выполняющими вращения вокруг определенных осей, однако при этом габариты и металлоемкость станков значительно увеличиваются, и поэтому такой состав блоков не рассматривается. Таким образом, по видам движений рассматривались следующие наборы блоков:
П- П- П- П- П- П- О- (1)
П- П- П- П- П- П- О- (2)
П- П- П- П- П- П- О, (3)
где О — стационарный блок.
Ориентация в пространстве направлений движений и осей вращения указанных выше подвижных блоков рассматривалась в 1−1У октантах и в 1−8 квадрантах ортогональной неподвижной системы координат xyz (рисунок), так как при других их положениях формируются симметричные, качественно не отличающиеся, компоновки.
Для определения возможной ориентации движений блоков введены следующие обобщенные обозначения:
— прямолинейно-подвижные блоки X, У, Z и вращательно-подвижные блоки А, В, С, движущиеся вдоль и вокруг осей принятой системы координат обозначены соответственно
1 и 1-
— прямолинейно-подвижные блоки Х/У, ХЖ, У/Х, У^, Z/X, Z/У и вращательно-подвижные блоки А/В, А/С, В/А, В/С, С/А, С/В, движущиеся в координатных плоскостях хоу, хоъ, уоъ, обозначены соответственно 2 и 2-
— прямолинейно-подвижные блоки У/ХЖ, Z/У/X, Y/Z/X, Х/У^ и вращательно-подвижные блоки
В/А/С, С/В/А, В/С/А, А/В/С, движущиеся в 1−1У октантах, обозначены 3 и 3.
148
Ориентация направлений движений и осей вращения подвижных блоков (ось г системы координат хуг расположена горизонтально и направлена вдоль станины, ось у вертикальна, ось х горизонтальна и направлена таким образом, чтобы система координат была правой)
Конкретизируя наборы блоков (1), (2), (3) по ориентации направлений движений и осей вращения на уровне их обобщенного обозначения, получим матрицы наборов блоков, число столбцов Гш которых равно числу возможных сочетаний прямолинейно-подвижных блоков, а число строк Гп равно
числу возможных сочетаний вращательно-подвижных блоков. Число столбцов ^ и число строк ^
матрицы вычисляются по известной формуле, определяющей число возможных сочетаний с повторениями в подмножестве из г элементов множества, содержащего к элементов
?Г = (к + г -1)!
кш г!(к -1)!
Тогда для набора (1) П- П- П- П- П- П- О ^=3т = 10, ^=3п = 10 —
(4)
для набора (2) а для набора (3)
П- П- П- П- П- П- О ^=§ т = 6, ^ = 15 —
П- П- П- П- П- П- О Аг! = 3, = 21.
к=3т ' к=3п
Такая матрица для набора блоков (1) будет иметь вид (в матрице стационарный блок О условно не показан):
111 111 111 112 111 113
112 111 112 112 112 113
111 233 111 333
112 233 112 333
333 333
(5)
333 111 333 112 333 113 … 333 233
Подобные матрицы получены и для наборов блоков (2), (3).
После конкретизации элементов полученных матриц на координатном уровне и добавления стационарного блока О получим все множество возможных наборов блоков компоновок. Например, элемент первого столбца второй строки матрицы (4) после добавления стационарного блока О представляется следующим образом:
= Л, Б, Л/Б, Х, У, 7,0 + Л, Б, С/Л, Х, У, 7,0 +
+ Л, Б, Б/С, Х, У, 7,0 + Л, Б, Б/Л, Х, У, 7,0 +
+ Л, Б, Л/С, Х, У, 7,0 + Л, Б, С/Б, Х, У, 7,0 +
+ Л, С, Л/Б, Х, У, 7,0 + Л, С, С/Л, Х, У, 7,0 +
+ Л, С, Б/С, Х, У, 7,0 + Л, С, Б/Л, Х, У, 7,0 +
+ Л, С, Л/С, Х, У, 7,0 + Л, С, С/Б, Х, У, 7,0 +
+ Б, С, Л/Б, Х, У, 7,0 + Б, С, С/Л, Х, У, 7,0 +
+ Б, С, Б/С, Х, У, 7,0 + Б, С, Б/Л, Х, У, 7,0 +
+ Б, С, Л/С, Х, У, 7,0 + Б, С, С/Б, Х, У, 7,0.
(6)
где знак «+» означает «или».
Аналогично может быть представлен каждый член матриц.
Компоновка отличается от набора блоков тем, что в ней блоки располагаются в строго определенной последовательности. Компоновки, состоящие из блоков одного набора, отличаются друг от друга различной последовательностью сопряжений блоков между собой. Для каждого из полученных наборов блоков по известным методикам может быть сформирована матрица компоновок, число столбцов которой равно числу возможных разрядных положений стационарного блока О, а число строк равно числу возможных перестановок подвижных блоков. В компоновках многокоординатных станков, состоящих из 7 блоков, число возможных разрядных положений стационарного блока О равно 5, так как блоки инструмента и изделия являются всегда крайними. Число возможных перестановок подвижных блоков равно 24, так как перестановкам подлежат только 4 подвижных блока. Таким образом, общее число возможных компоновок для каждого из наборов блоков равно 120. Например, для набора блоков A, C, C/A, X, Y, Z, O выражения (5), матрица компоновок МЗС будет иметь вид
AC/AXYZOC
AC/AXZYOC
AC/AYXZOC
AC/AYZXOC
AC/AZXYOC
AC/AZYXOC
AXC/AYZOC
AXC/AZYOC
AXYC/AZOC
AXYZC/AOC
AXZC/AYOC
AXZYC/AOC
AYC/AXZOC
AYC/AZXOC
AYXC/AZOC
AYXZC/AOC
AYZC/AXOC
AYZXC/AOC
AZC/AXYOC
AZC/AYXOC
AZXC/AYOC
AC/AXYOZC
AC/AXZOYC
AC/AYXOZC
AC/AYZOXC
AC/AZXOYC
AC/AZYOXC
AXC/AYOZC
AXC/AZOYC
AXYC/AOZC
AXYZOC/AC
AXZC/AOYC
AXZYOC/AC
AYC/AXOZC
AYC/AZOXC
AYXC/AOZC
AYXZOC/AC
AYZC/AOXC
AYZXOC/AC
AZC/AXOYC
AZC/AYOXC
AZXC/AOYC
AC/AXOYZC
AC/AXOZYC
AC/AYOXZC
AC/AYOZXC
AC/AZOXYC
AC/AZOYXC
AXC/AOYZC
AXC/AOZYC
AXYOC/AZC
AXYOZC/AC
AXZOC/AYC
AXZOYC/AC
AYC/AOXZC
AYC/AOZXC
AYXOC/AZC
AYXOZC/AC
AYZOC/AXC
AYZOXC/AC
AZC/AOXYC
AZC/AOYXC
AZXOC/AYC
AC/AOXYZC
AC/AOXZYC
AC/AOYXZC
AC/AOYZXC
AC/AOZXYC
AC/AOZYXC
AXOC/AYZC
AXOC/AZYC
AXOYC/AZC
AXOYZC/AC
AXOZC/AYC
AXOZYC/AC
AYOC/AXZC
AYOC/AZXC
AYOXC/AZC
AYOXZC/AC
AYOZC/AXC
AYOZXC/AC
AZOC/AXYC
AZOC/AYXC
AZOXC/AYC
AOC/AXYZC
AOC/AXZYC
AOC/AYXZC
AOC/AYZXC
AOC/AZXYC
AOC/AZYXC
AOXC/AYZC
AOXC/AZYC
AOXYC/AZC
AOXYZC/AC
AOXZC/AYC
AOXZYC/AC
AOYC/AXZC
AOYC/AZXC
AOYXC/AZC
AOYXZC/AC
AOYZC/AXC
AOYZXC/AC
AOZC/AXYC
AOZC/AYXC
AOZXC/AYC
(7)
Подобные матрицы могут быть получены для всех наборов блоков. Из этих матриц и формируется все множество возможных компоновок МЗС, число которых составляет более 300 тысяч.
В дальнейшем из полученного множества возможных компоновок МЗС определяется наиболее рациональная, удовлетворяющая конкретным условиям производства [3, 4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Сегаль М. Г. Основные принципы проектирования многокоординатных зубообрабатывающих станков / М. Г. Сегаль, Л. И. Шейко // СТИН. 1998. № 4. С. 6−8.
2. Шейко Л. И. Основные принципы формирования наборов блоков и условия отбора координатных компоновок зубообрабатывающих станков / Л. И. Шейко, Н. М. Буянов // Исследования зубообрабатывающих станков и инструментов и процессов резания: сб. науч. тр. Саратов: СПИ, 1990. С. 4−10.
3. Сегаль М. Г. Классификация компоновок многокоординатных станков для обработки конических колес с криволинейными зубьями / М. Г. Сегаль, Л. И. Шейко // СТИН. 1998. № 7. С. 8−11.
4. Шейко Л. И. Методика структурного синтеза компоновок многокоординатных станков для обработки криволинейных зубьев конических и гипоидных передач / Л. И. Шейко // Точность технологических и транспортных систем: сб. ст. Междунар. науч. -техн. конф. Пенза: ПДНТП, 1998. С. 119−120.
Шейко Леонид Иванович —
доктор технических наук, профессор кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино-и приборостроении» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.
Leonid I. Sheiko —
Dr. Sc., Professor
Department of Design and Computer-Aided Modelling of Processing Equipment for Mechanical and Instrument Engineering Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 25. 10. 11, принята к опубликованию 01. 12. 11

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой