Разработка обобщенной структурной модели конструкции

 

Из большого количества рассмотренных работ, посвященных созданию классификации конструкций, можно сделать заключение о том, что данный вопрос однозначно не решен до настощего времени.

Из опыта разработки обобщенной структуры процесса видим, что полученная структура (рис.4 и 5) отражает строение процесса любого уровня, т.е. любого объема (с точки зрения пространства, времени и движения). Ни одна из найденных в литературе структур конструкций не обладает этим свойством. Осуществим разработку подобной структуры и для конструкций.

Если рассмотреть положения К.Маркса, представленные им в “Капитале”: “Всякое развитое машинное устройство состоит из трех различных частей: машины – двигателя, передаточного механизма, наконец машины – орудия или рабочей машины”, то можно увидеть, что он выделяет три составные части конструкции.

Под машиной мы обязательно понимаем некоторую конструкцию. Но детали, из которых эти машины состоят, как мы знаем, также являются конструкциями. Полагая у конструкций внутриобъектную аналогию построения различных уровней, принимаем, что у детали также как и у машины должны быть в наличии эти три части. Действительно, согласно своему целевому назначению, любая конструкция предназначена для преобразования некоторой первичной, приложенной к ней энергии в другой вид энергии, либо для изменения направления ее (энергии) действия и т.д. Поэтому любая деталь имеет такие части, как основание, которое ближе расположено к машине – двигателю и рабочую чачсть, которая ближе расположена к области протекания процесса, который данная конструкция (например, машина обеспечивает. Имеется у детали также промежуточная часть,которая связывает две предыдущие, какбы согласовывая их действия. Т.е. любая конструкция (машина, деталь и т.д.)состоит из трех частей, наименования которых в конструкциях различных уровней отличаются друг от друга, но сточки зрения взаимосвязей конструкций между собой они имеют одинаковые назначения. Одна из них (основание) связана с предшествующей конструкцией, другая (рабочая часть) с последующей, третья (промежуточная часть) находится между этими двумя и связана как с основанием, так и с рабочей частью.

Полученным положениям соответствуют структуры, изображенные на рис.8.

Если теперь рассмотретъ строение конструкции на примере торцовых фрез, то можно увидть, что все вышеперечисленные части конструкции могут быть представлены как одним, так и несколькими элементами. Например, рабочая часть фрезы может состоять из одного рабочего элемента, т.е. зуба (фреза-летучка), и нескольких рабочих элементов-зубьев, имеющих одинаковое назначение. Следовательно, после расмотренного выше подуровня находится количественный подуровень, а рассмотренный выше- качественный. Тогда структуру конструкции можно представить схемой показанной на рис.9. Однако из полученной структуры неясно каким образом взаимосвязаны между собой

 

 

Механизм крепления ножей

Крепящий элемент

Промежуточный элемент

Перемещающий элемент

Клиновое крепление

Клин

Эксцентрик

Винт

Упругая стенка корпуса фрезы

Накладка

Прокладка

Клин

Эксцентрик

Винт

Плоский

Цилиндри-ческий

Коничес-кий

Одно-сторон-ний

Двухсто-ронний

Обычный

Специ-альный

Болт с наружной головкой

Винт с потайной головкой

Специ-альный

 

Рис.17.Схема классификации деталей крепления ножей

 

 

Конструкция

Часть-основание

Промежуточная часть

Рабочая часть

k-ый элемент основания

m-ый элемент промежуточной части

n-ый элемент рабочей части

 

Рис.18.Структурная иерархическая схема конструкции

 

Отдельные части конструкции. Часть этих связей уже была показана С.С.Тамбовцевым – М.И.Юликовым. Но на этой схеме показаны лишь внутренние связи между элементами конструкции. А из целого ряда работ мы, например, знаем о влиянии внешней среды (окружающего пространства) на качество протекания процесса резания и следовательно на эффективность использования инструмента. Поэтому внешние связи также должны найти отражение в структуре конструкции. Здесь же следует отметить, что из общих принципов конструирования следует то, что наличие или отсутствие окружающего пространства около некоторого элемента конструкции, влияет на разбираемость и собираемость конструкции, а следовательно и на ее ремонтируемость. Т.е. требования к окружающему пространству на разных этапах существования конструкции могут быть различными.

Исходя из всех вышеперечисленных положений получаем схему взаимосвязей основных элементов конструкции инструмента, изображенную на рис.10.

Связи основных элементов конструкции, обозначенные на схеме тройными линиями, также имеют свою – особую структуру. Назовем эти связи вспомогательными элементами конструкции. Особенность конструкции вспомогательных элементов по отношению к основным заключается в отличие их функций. Основные элементы конструкции предназначены и конструируются для того процесса, который должна обеспечить данная конструкция. Т.е. основание (крепежно-присоединительная часть), промежуточная (корпусная) часть и рабочая часть фрезы предназначены для обеспечения процесса фрезерования,

вспомогательные же элементы обеспечивают эффективное взаимодействие

 

 

Пространство окружающее основание

Пространство окружающее промежуточную часть

Пространство окружающее рабочую часть

 

 

 

Часть - основание

Промежуточная часть

Рабочая часть

 

 

Рис.19.Схема взаимосвязей основных частей конструкции

 

 

основных элементов конструкции. Т.е. вспомогательные элементы обеспечивают процесс соединения и крепления основных элементоов конструкции. Если теперь рассмотреть перечень элементов конструкции, даваемый М.И.Юликовым [12], то увидим, что здесь имеются как основные, так и вспомогательные элементы конструкции. К основным здесь относятся: рабочая часть, корпусная часть и крепежно-присоединительная часть. К вспомогательным элементам конструкции относятся: центрирующе-направляющая часть конструкции, т.е. та ее часть, которая предназначена для предварительного (грубого) ориентирования одного основного элемента относительно другого; механизм регулирования - часть вспомогательной части конструкции, которая предназначена для придания смежным основным элементам строго определенного положения, т.е. это не что иное как базовые поверхности, в данном случае у М.И. Юликова имеются в виду регулируемые базовые поверхности; механизм крепления – часть вспомогательной части конструкции, которая предназначена для закрепления смежных основных элементов конструкции в положении, которое им придано с помощью предварительного ориентирования и базирования.

Как мы видим все эти три элемента вспомогательной части конструкции инструмента относятся не только к рабочей части (ее креплению), как это указано у М.И. Юликова, а ко всем основным элементам конструкции.

Анализируя строение вспомогательных частей конструкции мы установили, что в пространстве и времени они ведут себя противоположно основным частям конструкции. Элементы вспомогательной части имеют определенную последовательность функционирования во времени. Вначале, при сборке, работают элементы грубой (предварительной) ориентации, затем базирующие элементы, а потом закрепляющие. Следует отметить, что у большинства конструкций инструментов элементы грубой (предварительной) ориентации работают лишь при их сборке и разборке, в остальное время их роль в конструкции может быть сведена к нулю. Т.е. для функционирования собранной конструкции необходимы лишь базирующие и закрепляющие элементы.

У основных частей конструкции имеется строгая определенность их расположения в пространстве, в работе же они участвуют одновременно и последовательность их функционирования во времени поэтому отсутствует. Для функционирования конструкции необходимы все три ее основных части.

С точки зрения многообразия вариантов конструкций их основные части определяются: формой, объемом и содержанием. Вспомогательные части, связывающие между собой основные, имеют более сложное строение и определяются параметрами процессов: предварительного (грубого) ориентирования основных элементов относительно друг друга, базирования и закрепления.

Структурный анализ объектов обеспечения качества на примере

конструкции торцовой фрезы, процесса торцового фрезерования

и определение параметров их оценки

 

Разработка и анализ структурной модели конструкции торцовой

фрезы и определение параметров оценки ее частей

 

Анализ конструкций осуществим на примере торцовых черновых фрез с механическим креплением сменных многогранных пластин. Уровень рассмотрения конструкции определяется исходя из того, на каком уровне рассматривается процесс, для обеспечения которого предназначается данный инструмент. Процесс же рассмотрим на уровне цикла съема отдельным зубом (рабочим элементом) торцовой фрезы припуска за один оборот фрезы.

Теперь, на основании обобщенной структуры конструкции, приведенной в 3.2, строим структуру конкретной конструкции, а именно торцовой фрезы на уровне ее рабочего элемента, т.е. зуба (см. рис.1,2).

Для осуществления дальнейшего анализа данной конструкции необходимо

представить все многообразие возможных ее вариантов, т.е. описать комбинаторную задачу.

 

 

Рабочий элемент (зуб) торцовой фрезы

Основание (крепежно- присоединительная часть) рабочего элемента фрезы

Промежуточная (корпусная) часть рабочего элемента фрезы

Рабочая часть рабочего элемента фрезы

i-ый элемент основания рабочего элемента фрезы

j-ый элемент промежуточной части рабочего элемента фрезы

k-ый режущий элемент рабочей части рабочего элемента фрезы

 

Рисунок 1

 

Пространство окружающее основание рабочего элемента

Пространство окружающее промежуточную часть рабочего элемента фрезы

Пространство окружающее рабочую часть рабочего элемента фрезы

Промежуточная (корпус-ная) часть рабочего элемента фрезы

Рабочая часть рабочего элемента фрезы

 

Основание (крепежно- присоединительная часть) рабочего элемента фрезы

 

 

Рисунок 2

Для демонстрации принципов такого анализа в разделе 5.1 будет рассмотрено многообразие вариантов одной из основных частей конструкции - режущей части рабочего элемента торцовой фрезы и одной из вспомогательных частей конструкции – части, связывающей режущую часть с промежуточной частью рабочего элемента торцовой фрезы (см. рис.2).

Многообразие вариантов режущих частей определяется их формой, объемом и содержанием [1]. Многообразие форм режущих частей их обобщенной формой.

Вариабельность вспомогательной части конструкции инструмента, связывающей режущую и промежуточную части рабочего элемента фрезы, определяется параметрами процессов, обеспечивающих взаимодействие этих частей. Эти параметры характеризуют тепловые и силовые явления, сопровождающие данные процессы. Мы, в основном, осуществим анализ силовых явлений и параметров их характеризующих.

Процессами, обеспечивающими взаимодействие основных частей конструкции, согласно работе [1], являются: во-первых, процесс предварительного ориентирования режущей части относительно базовых поверхностей на рабочем элементе фрезы, во-вторых, ее базирования и в третьих, закрепления на этих поверхностях. Каждый из этих процессов, в свою очередь, обеспечивается определенными подпроцессами. Например, предварительное ориентирование режущей части во фрезе можно представить следующими действиями: захват режущей части, ее перемещение к фрезе, ориентирование, приведение в соприкосновение с базовыми поверхностями и предварительный прижим к ним.

Силы, действующие в момент приведения в соприкосновение режущей части (в форме пятигранной прямоугольной призмы) с базовыми поверхностями и предварительного прижима к ним, представлены на рис.4. Окончание процесса предварительного ориентирования режущей части ограничивается временем действия силы ее предварительного прижима к базовым поверхностям. Действие силы предварительного прижима может быть прекращено после того, как режущая часть приходит в положение, при котором появляются силы заклинивания R₁ и R₂ (см. рис.4б) и начинают действовать силы закрепления, удерживающие ее в этом положении. Т.е. осуществляется процесс закрепления режущей части (на рис.4 не показано). Величины сил закрепления должны обеспечивать надежное закрепление режущей части не только в момент сборки, но и на протяжении всего дальнейшего существования инструмента, вплоть до момента, когда потребуется его разборка. Процесс закрепления заканчивается с прекращением действия сил закрепления. Процесс базирования осуществляется с момента первоначального контакта режущей части с базовыми поверхностями (см. рис.4а), вплоть до его прекращения при раскреплении режущей части (на рис.4 не показано). Как мы видим, процессы сборки конструкции, т.е. предварительного ориентирования, базирования и закрепления осуществляются с определенным перекрытием. Вариабельность базирования определяется теми же силовыми

N

F

T

R

Mp

R1

R2

Сила предварительного прижима Рп

а

б

Рис.4 Силовые факторы, возникающие при взаимодействии режущей части с базовыми поверхностями в плане: а - при первоначальном контакте в точке; б - при заклинивании: N- сила прижима к базовой поверхности; T- сила сдвига по базовой поверхности; F- сила трения; R- сила реакции базовой поверхности; Mp- момент разворота относительно базовой поверхности

параметрами, что и процесс приведения в соприкосновение с базовыми поверхностями и предварительного прижима к ним режущей части. Дополнительно при базировании рассматривается влияние на эти параметры сил резания. Вариант закрепления режущей части определяется местом приложения, направлением действия и величиной силы закрепления.

Процессы разборки конструкции осуществляются аналогично сборке, но в обратной последовательности и их наименования носят противоположный характер, т.е.: раскрепления, разбазирования и удаления режущей части из инструмента.

Конкретный вариант инструмента получается при назначении всем вышеприведенным параметрам конкретных величин и всем основным элементам конструкционного обличия.