Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и анализ методов его решения. Постановка цели и задач работы 8
1.1. Влияние компоновки на показатели качества станка 8
1.2. Состояние и перспективы автоматизации проектирования компоновок металлорежущих станков 13
1.3. Методы структурного синтеза и оптимизация компоновок металлорежущих станков 20
1.4. Выводы. Цель изадачи исследования 24
2. Положения структурного синтеза компоновок и многокритериальная оптимизация структур металлорежущих станков на стадии раннего проектирования 28
2.1. Формирование математической модели процесса формообразования 28
2.2. Основные положения структурного синтеза МС 42
2.3. Основные положения многокритериальной оптимизации структур МС. Методика введения весовых коэффициентов 49
2.4. Критерии выбора и аспекты многокритериальной оптимизации структур металлорежущих станков 57
2.5. В ыводы 62
3. Программная реализация положений структурного синтеза и многокритериальной оптимизации структур металлорежущих станков 65
3.1. Общая структура системы синтеза и оценки компоновок металлорежущих станков 65
3.2. Формирование ноль-базового варианта и синтез базовых структур компоновок металлорежущих станков 70
3.3. Определение нормали к поверхности и определение геометрических погрешностей и погрешностей от собственных деформаций узлов 78
3.4. Формирование рациональных структур металлорежущих станков и определение элементарных погрешностей узлов 83
3.5. Выводы 91
4. Проектирование металлорежущих станков для обработки конволютных и архимедовых червяков 93
4.1. Синтез компоновок металлорежущих станков для обработки червяков 93
4.2. Оценка и выбор рациональных вариантов компоновок. Определение требований к точности 100
4.3. Выводы 104
Основные выводы 106
Список литературы 108
Приложения 121
- Состояние и перспективы автоматизации проектирования компоновок металлорежущих станков
- Основные положения многокритериальной оптимизации структур МС. Методика введения весовых коэффициентов
- Формирование ноль-базового варианта и синтез базовых структур компоновок металлорежущих станков
- Оценка и выбор рациональных вариантов компоновок. Определение требований к точности
Введение к работе
По данным экономических исследований износ основных фондов в России достиг 90%, что является критическим и угрожающим явлением для российской промышленности. Для обеспечения подъема экономики необходимо обновление станочного парка. В связи со сложным экономическим положением, недостатком финансирования и рядом других причин, невозможно развивать все направления в области производства всех типов металлорежущих станков. Необходимо определиться с ключевыми направлениями развития станкостроения. Решение этого вопроса возможно осуществить за счет автоматизации проектирования металлорежущих станков с самых ранних стадий, проведения поиска лицензий и патентов на станки, уже выпускающиеся и отвечающие всем показателям качества серии международных стандартов ИСО 9000. Затем на основе сравнения разработанных и лицензированных компоновок принимать решения о запуске в производство станков либо с лицензированными, либо с конструктивно полученными компоновками.
Следовательно, все большее значение на ранних стадиях проектирования должны получать автоматизированные системы синтеза и оценки компоновок металлорежущих станков (МС), поскольку это позволяет решить вопросы снижения трудоемкости и времени выполнения опытно-конструкторских работ, а также обеспечить конструктора возможностью создания и просмотра большого числа альтернативных проектных решений компоновок в
Выбор компоновки заключается в ее оптимизации, то есть в установлении варианта компоновки, при котором станок выполняет заданный технологический процесс с наилучшими технико-экономическими характеристиками. Поскольку качество будущего станка закладывается именно на этапе создания его компоновки, то необходимо установить взаимосвязь между показателями точности и компоновкой станка и дать конструктору соответствующие рекомендации для обеспечения заданной точности будущего станка.
Необходимость прогнозирования погрешностей обработки уже на стадии проектирования станков обусловило разработку метода структурного синтеза формообразующих систем. Вследствие недостатка информации о проектируемом станке обоснование выбора рациональной компоновки следует проводить по критериям, связанным с основными технико-экономическими показателями качества металлорежущих станков.
Цель работы - повышение эффективности синтеза и оценки компоновок металлорежущих станков на основе структурного синтеза посредством разработки автоматизированной подсистемы, обеспечивающей на ранних стадиях проектирования возможность получения проектных решений компоновок, проведение их экспресс-анализа и метрологической оценки.
Для достижения поставленной цели были разработаны положения структурного синтеза и многокритериальной оптимизации стадии концептуального проектирования для системы синтеза и оценки компоновок, включающего синтез структур металлорежущих станков на основе определения функции формообразования из уравнений номинально заданных поверхностей обрабатываемых деталей, и использовании ряда преобразований этой функции; сформулированы критерии выбора рациональных проектных решений.
На этом этапе создается множество вариантов структур компоновок металлорежущих станков, после чего осуществляется выбор вариантов для последующей проработки. В этом случае имеется возможность получения новых структур не только для уже применяемых в промышленности ішіісрлїіосгсй, но и для тех, которые оудут сгцс спроектирован!*! при разработке новых машин.
Методика введения весовых коэффициентов для параметров в матрицах преобразования координат позволила добиться получения оптимальной компоновки станка для обработки заданной поверхности с учетом технологических возможностей конкретного производства и обеспечить конструктора возможностью управления при распределении погрешностей узлов, чтобы наилучшим образом их скомпенсировать.
Практическая реализация положений структурного синтеза и многокритериальной оптимизации, выразилась в разработке автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок металлорежущих станков. Отличие разработанной системы от уже существующих заключается в присутствии эвристического фактора, как при синтезе, так и при оценке получаемых структур станков, поскольку это позволяет гибко формулировать требования к компоновке. В работе реализована концепция первичности структурного синтеза, потому что это представляется более логичным, необходимым и естественным для конструктора на ранних стадиях проектирования.
Достоверность и обоснованность научных положений работы подтверждаются применением результатов теоретических исследований и программно-математического обеспечения при обосновании обработки конволютных и архимедовых червяков. Выбраны рациональные варианты структур МС и определены требования к точности, которые необходимо обеспечить на последующих стадиях проектирования. Использование весовых коэффициентов позволило определить рациональные компоновки металлорежущих станков с менее жесткими требованиями к значениям погрешностей узлов по сравнению с установленными в работах ранее.
Научная новизна работы заключается в:
- установлении связей между компоновочными параметрами
проектируемых металлорежущих станков и их точностными
характеристиками;
- lUeTnOTTOriTtrerwoW ПТтеттт^Р Х/тгСЯГРГ'ТОЯ япт.гг<=>гтяттхпъгглч/ TTi->n<=4/-TntitTv
і -— г —г ~ .."—..
решений компоновок для создания нормативных документов (стандартов) по обеспечению точности.
Практическая ценность работы состоит в:
разработке математического и программно-методического обеспечения автоматизированной системы синтеза и оценки компоновок металлорежущих станков на ранней стадии проектирования;
рекомендациях по повышению качества компоновочных решений;
- возможности получения метрологических показателей для разработки нормативных документов новых видов и типов компоновок на ранних стадиях проектирования.
Состояние и перспективы автоматизации проектирования компоновок металлорежущих станков
Современные требования производства заставляют повышать качество проектируемых станков, что приводит к усложнению их конструкции и увеличению проектных работ. С другой стороны, снижение финансирования этих работ, делает необходимым сокращение сроков и снижения трудоемкости проектирования. Конструирование и подготовка производства цикла [140]. Необходимость уменьшения имеющегося разрыва между уровнями автоматизации производства и конструкторского труда требует создание систем автоматизированного проектирования, позволяющих повышать эффективность проектно-конструкторских работ.
Объектами автоматизированного проектирования могут в станкостроении могут быть как отдельные функциональные элементы (коробки скоростей, шпиндельные узлы, несущие системы и т.д.), так и станок в целом [117]. Большинство работ посвящены разработке систем автоматического проектирования отдельных элементов станка. Работы по созданию систем проектирования компоновок относятся в основном к области агрегатных и агрегатированных станков [1,2,3,4,5,10,17,22,28]. Процесс разработки компоновки агрегатного станка Меламед Г.И. [78] разбивает на следующие этапы: - анализ перечня операций обработки деталей, оговоренных в техническом задании на проектирование станка; - анализ возможностей и необходимости совмещения операций обработки детали; - анализ возможных вариантов компоновок, обеспечивающих требуемую обработку детали; - выбор оптимальной компоновки; - разработка оптимальной рабочей компоновки агрегатного станка. Возможность проектирования компоновок агрегатных станков для обработки деталей с применением ЭВМ показана в работе Цвасмана Г.И. [139]. Каждая компоновка анализируется по ряду оценочных параметров для выбора варианта, наиболее полно соответствующего конкретным условиям производства. Работа по созданию системы автоматизированного проектирования, проведенная в Дрезденском техническом университете, осуществляет определение компоновки в следующей последовательности [65-67]: - определение компоновки станка по размерам рабочего пространства, плану таспседеления движений инструмента и детали, фунттионятт шгой цели; - предварительный выбор принципиальных конструкций элементов компоновки, например направляющих и базовых деталей несущей системы; - предварительное проектирование несущей системы с назначением размеров; - анализ тепловых нагрузок несущей системы; - разработка оценочных моделей для основных показателей качества станка; - проведение по моделям оценки вариантов. Врагов Ю.Д. при создании основ теории компоновок предполагал автоматизацию процесса определения компоновки [15]. Им предложены методы кодирования и структурного анализа компоновок станков; рассматриваются множества и способы предварительного отбора компоновок; выделяются компоновочные факторы качества; даются методы сравнительного анализа компоновок станков: - определение совокупности возможных вариантов компоновок, отвечающих заданной технологической задаче; - отбор вариантов компоновок, удовлетворяющих всем требованиям технического задания; - сравнительный анализ отобранных компоновок по основным технико-экономическим показателям; - решение организационно-производственных вопросов, связанных с окончательным выбором компоновки. Условия структурного отбора компоновок, соответствующие им структурные признаки, формулы множеств приведены в таблице 4 работы [15]. Варианты компоновки отбираются с учетом конкретных требований производства в зависимости от размеров рабочего пространства, предполагаемых видов обработки и т.д. Однако, в работе [15] не вскрыта полностью взаимосвязь компоновочных факторов с показателями качества проектируемого станка, на основе которой можно было производить целенаправленный отбор вариантов компоновки. При автоматизации конструкторского проектирования значительные проектирования. Задачи конструирования в основном сводятся к задачам структурного синтеза. Не являются исключением и задачи синтеза компоновки, относящиеся к категории задач технологического синтеза. Решение задач компоновки несущей системы станка из элементов более низкого иерархического уровня в большинстве случаев - наиболее трудоемкая часть конструкторского проектирования [57]. Процесс конструирования компоновки чаще всего заключается в выборе унифицированных или функциональных блоков и сборки их в соответствии с заданной функциональной схемой. Большое число возможных вариантов компоновок (например, для трехкоординатного станка их существует около полутора тысяч [15]) определяет необходимость автоматизации их синтеза, анализа и обоснованного выбора. Алгоритмизация процесса синтеза компоновки стала возможной только после создания систем формализованного их описания с различной степенью конкретизации параметров. Существует ряд методов кодирования функций, технических характеристик и компоновок станков [4,14,15,17,56,88,95,115,134]. В основе большинства систем кодирования лежит методика [15], в которой используется система обозначения осей координат и координатных движений, принятая в станках с ЧПУ и соответствующая ГОСТ 23597-79 (СИ СЭВ 3135-81).
Такая система, удобная для решения технологических задач (например, для разработки управляющих программ), обладает рядом недостатков, связанных с неопределенностью положения оси Z (а, следовательно, и оси X) в пространстве [134]. Это затрудняет проведение синтеза вариантов компоновки и их оценку, особенно с учетом весовых нагрузок, заставляя указывать ориентацию оси шпинделя в пространстве, разбивая все множество альтернативных вариантов компоновок на подмножества вертикальных и горизонтальных компоновок [3]. Кроме того, системы кодирования, принятые в некоторых работах [3 и др.], включают параметры, не относящиеся, непосредственно к компоновке, например: число координат, управляемых по программе и др. были проведены разработки в области создания многоцелевых станков из унифицированных узлов. В них была использована система кодирования, предложенная в [3]. Она хорошо походит для указанного выше случая, однако, не позволяет достаточно полно описывать компоновки, не имеющие унифицированной материальной базы. Некоторым недостатком системы кодирования является также одновременное использование в коде цифровых и буквенных обозначений. Представляет интерес система [114], в основе которой лежит кодирование отдельных структурных модулей в последовательности, соответствующей потокам сил в станке.
Портманом В.Т. [95] использована одна из систем цифрового обозначения структурных кодов компоновки для синтеза. Им сформулированы также основные свойства цепей формообразования, с учетом которых производится синтез возможных структурных формул.
В работах [22,132,134] описаны четыре различных кода- координатный, блочный, элементный и конструктивный, соответствующие различным этапам проектирования станка. Предложенная система кодирования позволяет полно, однозначно и с различной степенью конкретизации описывать компоновки. Однако, система (особенно ее конструктивный код) является слишком подробным для ранних этапов проектирования и скорее предназначена для использования на стадии технического проекта.
Основные положения многокритериальной оптимизации структур МС. Методика введения весовых коэффициентов
Если в векторе гу или г4 не содержится параметр и, то, значит, выделено еще одно звено, совершающее обобщенное перемещение. В этом случае г3=е4 или г4=е4, т.е. задача структурного синтеза решена. Полученный состав структуры МС называется ноль-базовым вариантом потому, что он обеспечивает обработку заданной поверхности, и содержит минимально возможное число узлов.
Если же на втором этапе при вычислении г, или г2, оказалось, что данные векторы все равно содержат параметр v, то это значит, что существуют движения имеющие связь с параметром v. Для выявления этих движений вычисляется значение вектора гх или г2 по (2.25) с матрицей А", где s j = 1,...,6. Такие вычисления повторяются до тех пор, пока не будут выявлены все связанные движения, причем уравнения связей будут являться аргументами матриц As. Такая же операция повторяется и на третьем этапе, в том случае если Ф-е или г4 ФЄ\ Вычисления матрицы А" проводятся для s j = 1,...,3 в связи с тем, что координаты точки в трехмерном пространстве характеризуются тремя координатами.
В качестве примера для объяснения данной процедуры рассмотрим получение ноль-базового варианта для обработки эвольвентной винтовой поверхности косозубого зубчатого колеса.
Уравнение обрабатываемой эвольвентной винтовой поверхности косозубого зубчатого колеса представляется в виде: r0 =(r0] cos(&) + ucos(A0])sm.(S);rol sin(.9)-wcos( 0])cos( 9);7?.9-wsin(A0,);l)7, где r0i -радиус эвольвенты икружлосш обрабатываемого поверхности (радігус основного цилиндра), р - винтовой параметр, А-оі - угол подъема образующей. В данном случае независимыми параметрами являются переменные & и и. Вычисляем вспомогательные вектора Г] =А6(9)го и г2=(А6( ))"1Го. После этой операции вектор г2 содержит параметр г0ь Гг=(гоь -ucos(A,0i), pS-usin(A,oi), 1)т. Для выявления данной связи умножим вектор на матрицу (А (гоі))"1. т.е. вычислим вектор r4 KA-VOO IYKO» -UCOS(AOI)5 p8-usin(A,oi), 1)т. После этой операции вектор г4 по-прежнему содержит параметр 9 и не содержит тригонометрические функции от данного параметра. Это означает, что существуют звенья, имеющие связь с параметром $. Для выявления данной связи умножим вектор на матрицу (А3(р9))"\ то есть вычислим вектор r6 = (A3(pS)) 1r4 = (0, -ucos(A,0i), -usm(Xoi), 1)т- После этой операции вектор г6 содержит параметр Л,оь Для выявления данной связи умножим вектор на матрицу (А Яоі))"1. т.е. вычислим вектор r8 =(A4(A0i))"1r6=(0, -и, О, 1)т. Умножение вектора г8 на матрицу (A2(-u))_1 дает единичный радиус-вектор е4. Таким образом, ноль-базовый вариант имеет следующий вид: г0 = А6($)А (гоі) A3(p )A4(X0i)A2(-u)e4, что полностью описывает состав и последовательность элементарных движений формообразования для обработки эвольвентной винтовой поверхности.
Реализация данного подхода была выполнена в виде одного из вычислительных блоков программного комплекса REDUCE в системе аналитических вычислений MAPLE, описание алгоритма которого подробно описано в третьей главе.
Таким образом, получен ноль-базовый вариант, включающий минимально возможное число узлов для обработки заданной поверхности. Однако такая структура не всегда обеспечивают высокую производительность обработки. Поэтому далее требуется модификация ноль-базового варианта структуры МС, которая осуществляется следующим образом: 1) первая группа вариантов получается в результате замены параметра в (2.9) или введением нового параметра с переопределением связей и координатного кода; 2) вторая группа базовых вариантов получается в результате ггпеобо?зо«янргя координатного кола: 3) следующие группы базовых вариантов получатся в результате повторного выполнения пп.1, 2. Алгоритм структурного синтеза базовых вариантов структур металлорежущих систем подробно описан в третьей главе. Все допустимые преобразования, а также их комбинация, не изменяющая функциональных возможностей ФС станка, могут быть сформулированы на основе свойств 1 и 5 матриц AJ. Это такие преобразования, как перестановка поступательно движущихся узлов и узлов цилиндрических пар; расчленение и объединение одинаково движущихся узлов (табл. 2.3). Рассмотренный метод моделирования компоновок основан на анализе возможностей преобразования некоторой, уже имеющейся (базовой) компоновки. Более широкие возможности для разработки компоновок заключаются в рассмотрении не только одного станка, но и всей МС в целом. Это означает, что синтез компоновок осуществляется не на основе рассмотрения матрицы Аст, а всей матрицы МС - А2, определяемой выражением (2.9). Такой подход позволяет расширить возможности при проектировании координатных и технологических компоновок. Он основан на замене движений формообразования [43] и соответственно замене связей. Пример, поясняющий суть данного подхода, заключается в следующем: требуется реализовать одно движение формообразования - перемещение вдоль оси X на величину L. Такое перемещение можно реализовать одним звеном, выполняющим непосредственное перемещение вдоль оси (рис.2.4,а), или двумя вращательными звеньями (рис.2.4,б).
Формирование ноль-базового варианта и синтез базовых структур компоновок металлорежущих станков
Как ранее отмечалось, применение положений многокритериальной оптимизации позволяет выбрать из совокупности вариантов МС, полученных на стадии структурного синтеза, небольшое количество для дальнейшей проработки. В связи с недостатком информации о проектируемом станке, в качестве критериев при выборе рациональных вариантов структур вместо основных технико-экономических показателей, следует использовать связанные с ними следующие критерии: К] - общее количество узлов, входящих в баланс точности; К2 - количество геометрических погрешностей в балансе точности; К3 - количество некомпенсируемых геометрических погрешностей; К4 - количество составляющих деформаций узлов в балансе точности; К5 - количество некомпенсируемых составляющих деформаций узлов в балансе точности; Кб - количество составляющих перекрестных деформаций в балансе точности.
Рассмотрим характер связи критериев с технико-экономическими показателями МС. Поскольку проектируемое оборудование должно обеспечивать заданную точность обработки, то при увеличении общего количества погрешностей - (критерий КО, входящих в баланс точности МС, приводит к ужесточению требований к геометрической точности, жесткости, и т.п. для всех элементов. При этом ужесточение требований увеличивает стоимость проектируемого оборудования. Таким образом, рациональным вариантам структур МС будет соответствовать К, Критерии К2 и К3 определяют требования по точности к основным элементам МС и их узлам через долю геометрических погрешностей и погрешностей позиционирования в общем балансе точности МС. Так как, как и для Кь завышение требований к точности основных узлов технологической системы приведет к увеличению стоимости проектируемого оборудования, поэтому К2, К3 - min.
Группу критериев К4, К5 и К6 определяют через долю деформаций (статических и динамических) основных узлов МС в общем балансе точности, их массово-инерционные характеристики (площади и моменты инерции сечений), поскольку нерациональные схемы нагружений приводят к увеличению размеров и массы основных узлов и деталей МС, а значит и стоимости проектируемого оборудования, и, кроме того, наличие некомпенсируемых составляющих деформаций узлов снижает параметрическую надежность всей МС. Вследствие этого, рациональным вариантам структур МС будут соответствовать значения критериев - К4, К5, К6 -» min.
Применение выделенных критериев на стадии концептуального проектирования позволяет не только обоснованно выбирать рациональные варианты структуры МС, но также и акцентировать внимание конструктора на тех показателях, которые необходимо обеспечить на следующих стадиях проектирования. Следует отметить, что рассмотренные критерии определяются на основе функции формообразования МС, и тесно связаны с их основными технико-экономическими показателями.
Ранее, при анализе методов многокритериальной оптимизации и их применимости при выборе рациональных вариантов структур МС на стадии концептуального проектирования (гл. 1) было выяснено, что наиболее эффективным является модифицированный метод ЛП-поиска.
Первая особенность этой модификации заключается в том, что на ранних стадиях проектирования используются не параметрические, а структурные переменные, и, поскольку все выделенные критерии Кь .-., К6 определяются с помощью функции формообразования, то и параметры должны также определяться через данную і укісцнго. ААрп этом зиделлются ДЕЙ параметра, характеризующие функцию формообразования: координатный код МС - к и координатный код станка - кст, являющийся частью к после выделения из структуры МС режущего инструмента, которые можно охарактеризовать как дискретные и неупорядочиваемые. И, поскольку, эти особенности приводят к тому, что зависимость критериев качества проектных решений от рассматриваемых параметров имеет многоэкстремальный характер, необходимо определение значений критериев для всех вариантов структур компоновок металлорежущих станков.
На параметры накладываются следующие ограничения: число узлов (разрядов к) МС - Uk [UjJ, обычно [Uk] « 10; в координатный код ксг должны входить узлы, выполняющие не менее одного движения формообразования. Оптимальные решения, которые можно рекомендовать для дальнейшей конструкторской проработки, будут решения, обеспечивающие условие (/ц,...,6)-»тт.
Оцениваемые варианты структур МС на основе имеющихся схем формообразования и компоновок объединяются в группы, соответствующие разным способам обработки (точение, фрезерование, шлифование и т.д.). Испытания проводятся для всех вариантов групповых структур станка (для одной, двух и т.д. до всех) обрабатываемых поверхностей, что дает возможность исключить поверхности, значительно ухудшающие критерии.
После просмотра таблицы испытаний конструктор назначает критериальные ограничения, с помощью которых проводится выделение рациональных структур МС с различными схемами обработки. Окончательное решение по выбору ограниченного числа структур компоновок станка для дальнейшей проработки остается за конструктором.
Рассмотрим применение положений многокритериальной оптимизации, основанной на модификации метода ЛП-поиска.
Пример. Рассмотрим применение предложенных положений многокритериальной оптимизации структур МС для обработки эвольвентной винтовой поверхности косозубого зубчатого колеса. Структурный состав ноль-базового варианта был получен в примере пункта 2.2 настоящей главы.
Оценка и выбор рациональных вариантов компоновок. Определение требований к точности
Например, требуется обработка конволютных червяков длиной 300 мм, с внутренним диаметром 100 мм, наружным диаметром 120 мм - все по 7 квалитету. Величина поля допуска составляет 35 мкм. Величину геометрической погрешности для данного станка положим равной 10 мкм.
Матрицы погрешностей, входящие в выражение (2.34) для 65 варианта имеют вид: 8 = (бх0, 8у0, 5z0, а0, р0, Уо, 5хЬ 8у1, 8zl, аь рь уь 8х2, 8у2, 8z2, а2, р2, Уг, SX3J Sy3, 8z3, а3, р3, у3,)т; Д = (Ю)т. Матрица передаточных коэффициентов погрешностей может быть получена из баланса точности и ввиду громоздкости не приводится.
Значениях параметров настройки: р = 30 мм, и = 20 мм, 8 = 5, р = 50 мм, о = Юте, радиус фрезы а = 50 мм. После чего получаем соответствующие рассматриваемым вариантам значения вектора элементарных погрешностей узлов (мкм) (рис. 4.7). Следует отметить, что наиболее жесткие требования получаются при значениях весовых коэффициентов, равных: к О.2 и к2=0.8. И после перераспределения погрешностей между узлами станка получаем: 8 = (-2.03; 0; 1.6; 0.31; -0.84; 0.34; -2.02; -0.14; 0; 0.31; -0.75; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0.47; -2.4; 0;0; 0.31; 0.82; 0)т.
Проводя уточненный расчет величин элементарных погрешностей с помощью выражения (2.35) (рис. 4.8), методики введения весовых коэффициентов и перераспределив полученные погрешности между узлами станка, получаем: 5 = (-2.67; 0; 1.69; 0.39; -0.88; 0.39; -2.07; -0.19; 0; 0.39; -0.83; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0.58; -2.88; 0; 0; 0.39; 0.9; 0)\
Как видно из полученных результатов в первом случае без проведения уточняющего расчета получаются жесткие требования к геометрической точности узлов станка. Проводимый далее уточняющий расчет с определением оптимального распределения взвешенных коэффициентов звеньев, совершающих одинаковые движения, с помощью методики введения весовых коэффициентов, реализованной в программном комплексе, позволил обеспечить требуемую точность обработки и снизить требования к элементарным погрешностям узлов проектируемой компоновки станка.
Таким образом, можно использовать определенные уточненные значения элементарных погрешностей узлов для обеспечения требуемой точности обработки и принять рассмотренный вариант структуры станка для дальнейшей конструкторской проработки. 1. Используя уравнения боковых поверхностей архимедова и конволютного червяков, с помощью разработанного программного комплекса для обеспечения положений структурного синтеза определены более 200 вариантов базовых структур компоновок станков для их обработки. Соответственно найденным структурам определены схемы формообразования поверхностей, реализующие токарную, шлифовальную и фрезерную обработку червяков. 2. Основываясь на аспектах многокритериальной оптимизации структур металлорежущих станков, получены показатели их качества, а после введения критериальных ограничений определены рациональные варианты структур для дальнейшей конструкторской проработки. 3. Использование полученных балансов точности и методики введения весовых коэффициентов дало возможность для выделенного варианта структуры определить допустимые метрологические значения элементарных погрешностей узлов, которые необходимо использовать на последующих стадиях проектирования для обеспечения требуемой точности обработки. 4. Выполненный пример проектирования станка показал работоспособность и эффективность предложенных в работе положений, методов и методик, позволяющих не только сократить сроки, но и повысить качество ранних стадий проектирования. 1. Структурный синтез металлорежущих станков, основанный на определении функции формообразования из уравнений поверхностей обрабатываемых деталей и использовании ряда преобразований данной функции, позволил сократить выполнение ранних стадий проектных работ за счет автоматизированного определения многовариантного состава элементарных движений для обработки заданных поверхностей. 2. Созданное программно-алгоритмическое обеспечение структурного синтеза металлорежущих станков позволило снизить трудоемкость выполнения работ на ранних стадиях проектирования. 3. Критерии выбора рациональных проектных решений компоновок металлорежущих станков для их последующей проработки: общее количество узлов, входящих в баланс точности; количество геометрических погрешностей в балансе точности; количество некомпенсируемых геометрических погрешностей; количество составляющих деформаций узлов в балансе точности; количество некомпенсируемых составляющих деформаций узлов в балансе точности; количество составляющих перекрестных деформаций в балансе точности, позволили обоснованно выбирать рациональные варианты компоновок и акцентировать внимание конструктора на тех показателях, которые необходимо обеспечить на следующих стадиях проектирования. 4. Методика введения весовых коэффициентов, учитывающая особенность автоматизации синтеза структур на ранней сталий проектирования, позволила добиться получения оптимальной компоновки станка для обработки заданной поверхности (или ряда поверхностей) с учетом технологических возможностей конкретного производства, а также обеспечить конструктора возможностью управления при распределении погрешностей узлов, чтобы наилучшим образом их скомпенсировать.
