Модели и методы синтеза проектных решений для мехатронного станочного оборудования

Введение 6
1 Совершенствование методов проектирования компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования на стадии
технического предложения 8
1.1 Актуальность решения задачи структурного и параметрического синтеза компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования 8
1.2 Обоснование выбора программного обеспечения CAx-систем 16
1.3 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 21
1.4 Выводы 22
2 Разработка методики автоматизированного проектирования компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования станков с высокой степенью детализации на стадии технического предложения 24
2.1 Описание этапов автоматизированного проектирования компоновок многоцелевого станочного оборудования станков 24
2.2 Математическая модель статического анализа на основе метода конечных элементов 29
2.3 Математическая модель усталостного анализа на основе метода конечных элементов 36
2.4 Математическая модель модального и динамического анализа на основе метода конечных элементов 44
2.4.1 Теоретические основы 44
2.4.2 Реализация модального и динамического анализа напряженно-деформированного состояния конечно-элементной модели компоновки станочного оборудования в CAE-системе SolidWorks Simulation 51
2.5 Выводы 56
3 Структурный синтез компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования 57
3.1 Анализ конструкции детали-представителя 57
3.2 Сведения о базовом технологическом процессе изготовления детали-представителя 58
3.3 Обоснование предлагаемого технологического процесса 60
3.4 Определение структуры компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования 66
3.5 Выводы 68
4 Определение критериев статического анализа напряженно-деформированного состояния конечно-элементной модели компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования 69
4.1 Создание и настройка сетки конечно-элементной модели мехатронного многоцелевого станочного оборудования 69
4.2 Разработка конечно-элементной модели мехатронного многоцелевого станочного оборудования 71
4.2.1 Статические граничные условия 72
4.2.2 Кинематические граничные условия 73
4.3 Статический анализ компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования . 78
4.6 Метод дискретизации конечно-элементной модели мехатронного многоцелевого станочного оборудования для обеспечения сходимости результатов статического анализа 86
4.7 Выводы 89
5 Определение критериев для параметрического синтеза компоновки многоцелевого мехатронного станочного оборудования 91
5.1 Усталостный анализ конечно-элементной модели компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования на основе метода конечных элементов 91
5.2 Модальный анализ конечно-элементной модели компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования на основе метода конечных элементов 95
5.3 Динамический анализ конечно-элементной модели компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования на основе метода конечных элементов 104
5.3.1 Расчет частот собственных колебаний 105
5.3.2 Динамический (гармонический) анализ напряженно-деформированного состояния модели станочного оборудования 106
5.4 Выводы 114
6 Параметрический синтез компоновки мехатронного многоцелевого станочного оборудования 116
6.1 Оптимизация компоновочных факторов мехатронного многоцелевого станочного оборудования. 116
6.1.1 Повышение жесткости направляющих качения 117
6.1.2 Увеличение количества танкеток на одной рельсе направляющих качения 123
6.4 Результаты оптимизации конструкции ветви инструмента компоновки станка 129
6.5 Выводы 132
7 Разработка компьютерной модели для механической обработки детали-представителя на мехатронном многоцелевом станочном оборудовании 133
Заключение 134
Список литературы 137
Приложение А (обязательно) Расчет жесткости подшипников 142

Весь текст будет доступен после покупки

Проектирование мехатронного многоцелевого станочного оборудования и станочных приспособлений (СП) на стадии технического предложения для механической обработки деталей и сборочных единиц (ДСЕ) изделий авиадвигателестроения и машиностроения в условиях мелкосерийного/серийного производства предприятий обладает следующими особенностями: 1) обеспечение высокой требуемой точности изготовления ДСЕ; 2) сложность и разнообразие конструкций ДСЕ. Например, это приводит к существенным ограничениям применения универсальных СП, а также к необходимости проектирования множества видов СП и усложнению их конструкций; 3) использование разнообразных технологий изготовления ДСЕ. Это обуславливает разнообразие применяемых видов/конструкций станочного оборудования и СП; 4) применение труднообрабатываемых материалов ДСЕ.
Актуальной является задача обоснования применения дорогостоящего мехатронного многоцелевого станочного оборудования и СП для механической обработки ДСЕ изделий авиадвигателестроения и машиностроения. Для решения этой задачи на стадии технического предложения необходимы новые модели и методы автоматизированного проектирования компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования и СП («цифровые двойники»).
Цель: разработка моделей и методов автоматизированного проектирования мехатронного многоцелевого станочного оборудования и СП для реализации предлагаемого технологического процесса механической обработки ДСЕ изделий предприятий авиадвигателестроения и машиностроения на стадии технического предложения с помощью программного обеспечения (ПО) САх-систем.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Совершенствование методов проектирования компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования на стадии
технического предложения

1.1 Актуальность решения задачи структурного и параметрического синтеза компоновок мехатронного многоцелевого станочного оборудования

Структурный и параметрический синтез компоновок дорогостоящего мехатронного многоцелевого станочного оборудования (далее, станок) для механической обработки ДСЕ авиадвигателестроения и машиностроения преследует цели раскрытия их свойств и технологических возможностей и включает следующие этапы: составление структурных формул различных ступеней уточнения с последующим раскрытием их содержания и анализом режимов подвижных блоков; количественный анализ структуры компоновок – модульный и вероятностный; анализ структурных признаков для сравнения и отбора компоновок; количественная оценка критериев статического, усталостного, модального и динамического анализов.
Содержание структурных формул необходимо раскрывать, начиная с вопроса о последовательном и параллельном сопряжении блоков компоновки. Эти разновидности сопряжений, четко различимые в структурной формуле, придают компоновке разные свойства и преследуют различные цели [1].
Из теории компонетики можно сделать два основополагающих вывода:
? компоновка является самостоятельным объектом изучения, переносящим свои свойства на все основные технико-экономические показатели станка;
? качество компоновки зависит от правильности выбора на этапах эскизного проектирования и технического предложения.
Наибольшее развитие получили системы проектирования агрегатированных станков [2]. Это связано с тем, что агрегатированные станки состоят из строго ограниченного числа узлов, имеющих строгую конфигурацию. Для автоматизированного проектирования их компоновки достаточно произвести перебор унифицированных узлов в пространстве и выбрать определенный типоразмер.
Создание нового оборудования связано, зачастую, с созданием таких компоновок металлорежущих станков, которые не могут быть произведены из имеющегося набора унифицированных узлов. В этом случае, компоновка сначала должна пройти всю цепочку проектных работ, и лишь затем узлы, ее составляющие могут быть внесены в банк унифицированных узлов.
Для улучшения качества проектирования металлорежущих станков необходимо решить следующие задачи [2-5]:
1. Разработать систему формализованного описания компоновок металлорежущих станков.
2. Разработать систему правил для целенаправленного обора компоновок МС по критериям синтеза.
3. Разработать методическое и программное обеспечение структурного синтеза компоновок металлорежущих станков.
4. Разработать методическое и программное обеспечение пространственного синтеза компоновок МС.
5. Произвести сравнительный анализ компоновок по параметру статической жесткости.
Создание САПР компоновок невозможно без их формализованного описания. В структуре САПР компоновок можно выделить два формализованного описания: во-первых, собственно компоновка металлорежущего станка, во-вторых, формализованное описание технического задания на проектирование компоновки металлорежущего станка.
Краткая запись формализованного описания компоновки раскрывает структуру и пространственное расположение узлов компоновки. Среди множества систем, кодирования компоновок, лишь немногие могут служить основой для создания языка автоматизированного проектирования компоновок [3, 4]. Все системы кодирования используют обозначения координат и координатных перемещений по ГОСТ 23597-79 [6].
Задача структурного синтеза решается двумя способами. Во-первых, как задача простого перебора подвижных и стационарного блоков в координатном коде компоновки. При этом отсев осуществляется наложением матрицы отбора [3, 4]. Во-вторых, путем образования базовой структуры компоновки, с применением законов алгебры логики, множества ей подобных. При этом способе не требуется матриц отбора, но есть вероятность не учитывания некоторых компоновок. Наиболее полная система формализованного описания и синтеза создана на основе теории Ю.Д. Врагова [7]. Синтез структурных кодов компоновок осуществляется простым перебором с отсевом по основным и дополнительным требованиям. Требования соответствуют критериям оценки альтернативных вариантов и могут соединяться на основе конъюнкции или дизъюнкции. Параметрический синтез осуществляется в режиме диалога с конструктором.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков. – М.: Машиностроение, 1978. – 2008 с., ил.
2. Повышение эффективности проектирования компоновок агрегатированных многооперационных станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Гельштейн, Яков Маркович, 1984, Москва.
3. Хомяков В.С., Халдей М.Б. Информационная система синтеза компоновок станков // СТИН. 1998. – №8. – С. 3-8.
4. Давыдов И.И. Улучшение показателей точности многоцелевых станков на основе анализа их компоновок. Дисс. . к.т.н. М., 1987. -215 с.
5. Лехмус, Михаил Юрьевич. Автоматизированный синтез компоновок металлорежущих станков: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.03.01. - Москва, 1992. - 19 c. : ил. Процессы механической и физико-химической обработки, станки и инструмент.
6. ГОСТ 23597-79 – Станки металлорежущие с числовым программным управлением. Обозначение осей координат и направлений движений. Общие положения.
7. Металлорежущие станки: учебник. В 2 т. Т. 2 / В. В. Бушуев, А.В. Еремин, А.А. Какойло и др.; под ред. В.В. Бушуева. Т. 2. — М.: Машиностроение, 2011. — 586 с.; ил.
8. Ито И., Синно X. Структурное описание металлорежущих станков. Статья 1. Перевод 05702. М.: БЦП, 1985 - 28 с.
9. Управление термодеформационным состоянием станка на основе автоматизации прогнозирования температурных перемещений исполнительных органов: учебное пособие / А.Н. Поляков, К.В. Марусич; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2012. – 220 с.

Весь текст будет доступен после покупки