РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ типових компонувань гідрорізного обладнання та виявлення
перспективних компонувальних рішень
2.1. Поширення принципів опису та аналізу компонувальних структур
металообробного та лазерного обладнання на гідрорізні верстати
Виявлення нових конструктивних рішень, направлених на підвищення ефективності
струминного різання за рахунок створення автоматичних та адаптивних
гідрорізальних систем, доцільно здійснювати на основі аналізу структур
компонувань гідрорізних верстатів. З цією метою проаналізуємо принципи та
підходи до опису систем металорізальних верстатів та обладнання для
фізико-технічної обробки.
Для аналізу варіантів компонувань металорізальних верстатів та пошуку
раціональних рішень використовують структурні формули – визначну послідовність
символів, позначаючих рухомі та нерухомі блоки, за якими можна відслідкувати
зв’язок окремих блоків між собою.
Будь-який верстат складається із основи (нерухомого блоку) та ряду
переміщувальних вузлів (рухомих блоків), які, рухаючись за певними
координатними осями, дозволяють виконувати формоутворення поверхонь напрямними
та твірними лініями. Відповідно до стандарту ISO [21] вісь координат завжди
приймають паралельно осі головного шпінделя, незалежно від того, як він
розташований. За позитивний напрямок осі z приймається напрямок від заготовки
до інструменту (рис. 2.1), а вісь х приймають завжди горизонтальною. Додаткові
рухи, паралельні осям x, y, z позначають відповідно u, v, w (вторинні) та p, q,
r (третинні). Обертові довкола осей x, y, z рухи позначають як a, b, c, а
додаткові – d, e.
а)
б) в)
Рис. 2.1. Система координат матеріалообробного обладнання
Позитивний напрямок для a, b, c – за рухом правого гвинта. Головний шпиндель
позначають буквою С, головний рух – знаком . Запис блоків ведуть віз заготовки
до інструменту (зліва направо). Індекси v та h позначають горизонтальну або
вертикальну вісь.
Блоки можуть бути з’єднані як послідовно (при цьому використовуються символ
“Ч”) так і паралельно (символ “+”). Додаткові пристрої, що розвивають
конструктивний ланцюг, позначають на відповідному кінці формули у квадратних
дужках.
Лазерна обробка базується на взаємодії лазерного пучка з поверхнею
оброблюваного матеріалу при їх відносному переміщенні. Траєкторія цього
переміщення залежить від геометрії оброблюваної поверхні.
Сукупність відносних рухів лазерного пучка й оброблюваної заготовки, необхідних
для утворення заданої поверхні деталі, додаткові рухи та зв'язки між ними
визначають кінематичну структуру оброблюваної машини, що є основою її
компонування.
Як і у випадку металорізальних верстатів, лазерне обладнання має блокову
структуру і складається з одного стаціонарного і кількох рухомих блоків, що
з'єднані між собою послідовно або паралельно за допомогою напрямних - лінійних
і кругових.
Рухомі блоки можуть виконувати передбачені кінематичною структурою координатні
переміщення. Пристрій, фокусуючий лазерний пучок, і блок, що несе заготовку, в
компонуванні завжди є крайніми блоками. Послідовне з'єднання рухомих блоків
застосовується для створення відносного руху лазерного пучка і заготовки по
складних просторових траєкторіях.
Автори роботи [47] пропонують для опису компонувань використовувати структурні
формули, складені за таких принципів.
Вісь Z сполучена з віссю сфокусованого лазерного пучка, її позитивний напрямок
– від заготовки до об'єктиву. Вісь Х завжди горизонтальна. Положення осі Y
визначається розташуванням двох інших осей. Обертові рухи навколо осей X, Y, Z
позначають буквами A, B, С. Рухомим блокам присвоюють ті ж знаки, що і
виконуваним ними координатним рухам (формотворні — прописними буквами,
допоміжні — рядковими). Стаціонарний блок має знак О, чим підкреслюється
відсутність руху. Блок фокусування лазерного пучка позначають буквою F при
знаку блоку: ХF, YF, ZF. Випромінювач лазера може бути з'єднаний як зі
стаціонарним, так і з рухомим блоками. Це з'єднання позначають буквою L біля
знаку блоку: ОL ХL УL, ZL. Якщо фокусуючий пристрій і випромінювач з'єднані
разом зі стаціонарним чи рухомим блоком, то в структурній формулі букви F и L
записують поруч знаку блоку, на якому вони встановлені: ОLF, ХLF, YLF.
Горизонтальне h чи вертикальне v положення осі сфокусованого лазерного пучка
при букві z означає, що має місце додатковий рух об'єктива при фокусуванні
випромінювання уздовж осі Z.
У структурних формулах позначення записуються в порядку розташування блоків.
Блок, що несе заготовку, у формулі записується крайнім ліворуч, а блок
фокусування випромінювання — крайнім праворуч. Стаціонарний блок О поділяє
рухи, що здійснюються заготовкою і фокусуючим пристроєм. Від положення
стаціонарного блоку в компонуванні залежить розподіл елементарних рухів між
заготовкою і фокусуючим пристроєм.
Будь-яке складне відносне переміщення заготівлі і лазерного пучка можна
здійснити шляхом поступального переміщення уздовж трьох осей X, Y, Z і
обертальний рухи навколо них. Для цього необхідно мати компонування, що
складається із шести рухомих і одного стаціонарного блоку.
Такому компонуванню відповідає структурна формула, що складається із семи
розділів.
Загальна кількість структурних варіантів горизонтальних і вертикальних
компонувань з урахуванням рухомості блоку фокусуючого пристрою відносно
випромінювача, з'єднаного зі стаціонарним блоком, складає [47]:
де п — кількість послідовна