ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПОДАЧИ ПРУТКА И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Многообразие требований, предъявляемых к механизмам подачи прутка (МПП), приводит к большому множеству различных схем и конструкций, среди которых всегда существует оптимальные по соответствующим критериям качества.
При проектировании МПП приходится решать многоуровневые задачи равной сложности [59,99], связанные с выбором принципа подачи (технической идеи), структуры для выбранного принципа, схемы для выбранной структуры и конструкции с рациональными (в лучшем случае оптимальными) параметрами при выбранной схеме (рис. 2.1, 4).
При рассмотрении системы МПП как объекта проектирования целесообразно распределять все переменные (энергетического типа) на 3 множества (рис.2.1,б), не учитывая целенаправленные воздействия материального типа, осуществляемые людьми, и дополнительные информационного типа, связанные с окружением, системой управления и взаимодействием целевых механизмов [50,110]:
1). Входные переменные (Z=Z1,Z2,...Zm), характеризующие внешние воздействия на входы системы (мощность привода, скорость подачи, частота вращения прутка, отношение размеров прутка и т. д.);
2). Переменные состояния - внутренние переменные, совокупность которых характеризует показатели и свойства системы (массы, упругости звеньев, трения, конструктивные параметры и т. д.);
3). Выходные параметры , представляющие те реакции на внешние воздействия и те состояния системы, которые характеризуют качество системы и определяют показатели ее работоспособности ( к. и. д., сила подачи без проскальзывания, точность позиционирования, быстродействие, бесшумность, прочность и т. д.).
В зависимости от, того какие переменные не известны и какие подлежат определению различают 4 типа задач [50] проектирования и исследования МПП: анализ, синтез, измерение (испытание), "черный ящик" (когда неизвестны 2 множества неизвестных, например, переменные X и выходные Y). Решение этих задач в совокупности позволяет принять если не оптимальное, то, по крайне мере, рациональное решение.
Рис. 2.1. Уровни оптимального синтеза (а) и множества параметров (б) системы МПП
Таким образом процесс оптимального проектирования МПП представляет собой многовариантные, многоуровневые, многокритериальные задачи анализа и синтеза (рис.2.2), решение каждой из которых связано с выбором наилучшего варианта [59]. Иерархическое разделение процесса проектирования на 4 уровня в зависимости от степени сложности решения задачи следующее:
I уровень- синтез и выбор принципа (способа) подачи;
II уровень - синтез и выбор схем ПП и его элементов;
III уровень - синтез и выбор конструкции ПП и его элементов;
IV уровень - синтез и выбор рационального конструктивного исполнения ПМ и его отдельных элементов.
Иерархические разделение является весьма условным и строгой границы между уровнями провести практически не возможно, особенно между принципом и структурой, структурой и схемой МПП. Иногда принцип подачи предопределяет структуру МПП, а структура- его схему при ограниченной вариации связей между элементами. Разделение на уровни необходимо для разграничения более простых задач от более сложных, методы решения которых могут существенно отличаться.
Задачи IV уровня, связанные с оптимизацией параметров конструкции, в настоящее время являются наиболее разработанными для различных механизмов и при их решении используют детерминированные и стохастические методы с широким применением ЭВМ [13,61,73,85].
Задачи III и II уровней (рис. 2.1, а), связанные с оптимизацией структур, разрабатываются и требуют для их решения (в том числе с применением ЭВМ) использования не только детерминированных и стохастических методов, но и специальных приемов и подходов, среди которых эвристические, алгоритмические и гибридные методы [49,50,53,55,90,117].
Наиболее сложными и важными являются задачи I уровня, связанных с поиском новых технических идей, в частности, новых принципов зажима и использующие новые эффекты и знания в области фундаментальных наук, современные достижения в науке и технике на уровне открытий и изобретений. Для решения этих задач в значительной мере требуется большой накопленный опыт, высокая компетентность и теоретическая подготовка конструктора, творчество специалистов разных специальностей, обладающих инженерной интуицией. Оптимальный будет тот МПП, для которого выбран оптимальный (или по крайне мере рациональный) принцип подачи. Задачи I уровни трудно формализуемы и поэтому для решения их требуется, например, применение теории неформальных процедур, принятия решений при не полный исходной информации, укрупнение критериев оптимизации и диалоговой работы с ЭВМ, наделенных искусственным интеллектом и имитационной системой САПР.
Задачи I и III уровней возникают при создании новых станков и методов обработки деталей, задачи II - IV уровней - при модернизации станков.
Прежде чем заниматься синтезом необходимо выполнить строгую классификацию приводов, патронов и системы МПП в целом; найти приемы формализации (частной или полной) задач выбора принципов подачи, структурного и схемного синтеза; комплексный безразмерные показатели качества МПП и его элементов для анализа различных структур, схем и конструкций и выбора лучшего варианта; уточнить критерии оптимизации и налагаемые ограничения на уровнях схемного и параметрического синтеза; найти область применения различных методов поиска новых технических решений; разработать новые методы и приемы структурного и схемного синтеза; создать общий алгоритм оптимального проектирования и частные алгоритмы на различных уровнях проектирования, а том числе с использованием ЭВМ для автоматизации этого процесса.
Имея исходные данные для проектирования МПП, а также сведения о протекающих процессах и явлениях МПП с учетом предъявляемых требований и главной цели, необходимо правильно поставить задачу, т.е. выбрать целевую функцию, критерии оптимизации и технические ограничения, условия работоспособности и модели М