Основы проектирования нормального (размерного) ряда типоразмеров станков

Для современного машиностроения необходимы экономичные, совершенные, высокопроизводительные станки различных типоразмеров. Металлорежущий станок наиболее экономичен в изго­товлении и эксплуатации тогда, когда его изготовляют методом серийного или массового производства с использованием мак­симально возможного числа унифицированных, нормализованных и стандартных деталей и узлов. Если новые станки проектируют каждый в отдельности и они состоят только из оригинальных узлов и деталей, то это удлиняет сроки освоения новых моделей, уменьшает серийность, тормозит развитие специализации произ­водства, повышает затраты, связанные с проектированием, произ­водством и эксплуатацией станков.

В основу создания конструкций новых станков должен быть положен принцип конструктивной преемственности, согласно которому станки должны создаваться в виде нормального ряда типоразмеров, подобных по кинематическим схемам, конструкции и внешнему виду.

Нормальным (размерным) рядом называется группа однотип­ных станков, состоящих в основном из унифицированных узлов и деталей, каждый из которых предназначается для обработки деталей определенных размеров. В совокупности нормальный ряд станков позволяет вести обработку деталей различных раз­меров.

Параметрический ряд — совокупность числовых значений од­ного или нескольких параметров станков, построенных, как правило, на основе ряда предпочтительных чисел (ГОСТ 8032–56).

Тип — классификационное подразделение, объединяющее станки, сходные по назначению, принципу действия, методу выполнения технологической операции, конструктивной схеме и т. д.

Ряд типоразмеров (размерный ряд) — ряд основных параме­тров станков одного типа, дополненный конкретными размерами и другими их характеристиками (см. приложение 2).

Типоразмер — один из представителей (членов) размерного ряда определенного типа станков с конкретными параметрами и размерами.

Модель — конкретное конструктивное исполнение станка оп­ределенного типоразмера.

Базовая модель — станок определенного типоразмера, являю­щийся основой для создания ряда станков данного типа или раз­личных исполнений (модификаций).

Типаж станков — технически и экономически обоснованная совокупность типов и типоразмеров (с указанием моделей) стан­ков, объединенных общностью назначения, с прогрессивными показателями, учитывающими существующую и перспективную потребность народного хозяйства.

Порядок составления типажа станков следующий.

1. Определяется потребность народного хозяйства в станках различных типов.

2. Согласно ГОСТ 8032–56 и отраслевому стандарту ОСТ2 Н11-1–72 выбирается параметрический ряд для станков каждого типа. При наличии у станка нескольких параметров ряд строится по главному параметру, наиболее полно определяющему его эксплуатационную характеристику. Другие параметры могут и не образовывать закономерного ряда.

3. Станки классифицируются по типам.

4. На основании параметрического ряда разрабатывается ряд типоразмеров. При этом значения размеров и других характе­ристик станков должны отвечать требованиям ГОСТ 6636–69.

5. На основе параметрического ряда и ряда типоразмеров раз­рабатываются конструкции отдельных станков.

Типаж станков утверждается на определенный период времени. Он содержит обозначения и основные технические характеристики моделей станков, которые выпускаются или намечаются к вы­пуску, а также станков устаревших конструкций, подлежащих модернизации или снятию с производства.

Установление оптимального размерного ряда станков имеет большое народнохозяйственное значение. От закона построения ряда и целесообразного его диапазона зависит эффективность использования станков. ГОСТ 8032–56 устанавливает, что раз­личные параметры станков (производительность, мощность, ча­стоты вращения шпинделя и др.) должны изменяться по закону геометрической прогрессии с одним из стандартных значений знаменателя φ. В этом случае размеры и параметры каждого отдельного станка согласуются со всеми связан­ными с ним станками. Ряды станков, основные параметры которых изменяются по закону геометрической прогрессии, с точки зрения технологической и эксплуатационной оказываются более целе­сообразными, чем случайно созданные группы станков.

На выбор частоты ряда, зависящей от величины знаменателя геометрической прогрессии, оказывают влияние технологические, эксплуатационные, технико-экономические и другие факторы. Исходя только из технологических факторов, частоту ряда следует уменьшать, так как при этом сокращается номенклатура изделий. Это ведет к увеличению серийности и, следовательно, появлению возможности применения более прогрессивной технологии. С экс­плуатационной точки зрения частоту ряда необходимо увеличи­вать, так как отсутствие нужного типоразмера ведет в отдельных случаях к отказу от наивыгоднейших режимов обработки и не­экономичному использованию станков. Следовательно, очень важно выбрать оптимальный знаменатель ряда. При этом необ­ходимо учитывать следующее:

1. Выбор знаменателя ряда в первую очередь должен быть согласован с фактическими потребностями народного хозяйства.

2. Должна обеспечиваться такая частота ряда, при которой применяемость большинства типоразмеров станков оправдывала бы организацию серийного производства их на специализированных заводах с высокой механизацией и автоматизацией производ­ственных процессов.

3. Должна обеспечиваться максимально возможная преем­ственность станков, уже освоенных в производстве. Это дости­гается выбором такого значения знаменателя, при котором наи­большее число фактически выпускаемых типоразмеров попало бы в размерный ряд.

4. Выбор знаменателя ряда должен обеспечивать возможность унификации узлов и деталей смежных размеров станков размер­ного ряда.

5. Выбранный знаменатель должен обеспечивать согласование основного параметра данного ряда с параметрами других рядов станков, связанных в производственных условиях (например, составляющую единую технологическую линию в производствен­ном процессе), и с параметрами других изделий, также связанных в работе (например, размеры столов с размерами приспособле­ний и принадлежностей, устанавливаемых на этих столах и т. п.).

6. Иногда считается целесообразным применение в одном размерном ряду нескольких знаменателей Аовииической про­грессии.

Таким образом, оптимальным рядом является такой ряд, который, обеспечивая потребности народного хозяйства, приводит к минимальным затратам как на производство станков ряда, так и на их эксплуатацию.

При выборе числа типоразмеров станков необходимо про­вести глубокий технико-экономический анализ, обращая особое внимание на эксплуатационные возможности станков и требова­ния заводов, использующих станки проектируемого ряда. Суще­ствует ряд методик по выбору оптимального размерного ряда. Анализ и выбор размерного ряда станков сводится к нахождению при помощи методов математической статистики оптимального ряда, дающего наибольший экономический эффект. Для этого факторы, влияющие на экономичность размерного ряда, отображаются некоторыми зависимостями, которые затем аппрок­симируются соответствующими функциями. Значения этих функ­ций находятся статистически путем обследования предприятий, изготовляющих и использующих соответствующие станки. Это дает возможность проверить допустимость принятой аппрокси­мации. Таким же образом статистически устанавливается и аппрок­симируется закон распределения деталей, обрабатываемых на станках проектируемого ряда. В общем случае для технико-экономического обоснования необходимо учитывать следующие статистические функции:

а) экономическую эффективность соответствия параметров обрабатываемых деталей данному размерному ряду;

б) стоимость изготовления станков в зависимости от серий­ности с учетом внутриразмерной унификации;

в) изменение стоимости изготовления станков вследствие межразмерной унификации;

г) изменение стоимости в связи с необходимостью создания новых моделей станков взамен технически устаревших;

д) влияние на стоимость изготовления станков объема их но­менклатуры и организационных факторов;

е) объем капиталовложений для наращивания выпуска стан­ков;

ж) объем капиталовложений на производственные площади, необходимые для эксплуатации станков;

з) стоимость эксплуатации станков рассматриваемого ряда. При проектировании нормального ряда станков за базовую модель принимают такой станок, который по своим параметрам и размерам наиболее подходит для преобразования в модели станков проектируемого ряда. Обычно базовой моделью является станок средних размеров или же станок, имеющий большой удель­ный вес в общем объеме выпуска станков этого ряда. На практике эти два фактора часто совпадают.

Станки, полученные в результате преобразования базовой модели, являются производными. Базовая модель и ее производ­ные должны конструктивно отличаться друг от друга только теми узлами и деталями, которые определяют специфические особенности каждого отдельного станка. При этом надо постоянно учитывать техническую и экономическую целесообразность созда­ния той или иной новой модели. Получить различные производные модели станка можно различными конструктивными спосо­бов. Базовая модель и ее производные могут представлять собой станки одного и того же целевого назначения (например, на основе базового токарного станка выпускаются тоже токарные станки, но других размеров, повышенной точности, автоматизи­рованные и т. д.) или различного целевого назначения (напри­мер, за базовую модель выбран токарный станок, а ее производ­ные — револьверный и другие станки).

В различных отраслях промышленности широко применяют специальные и специализированные станки. Для сокращения сроков проектирования и изготовления этих станков, снижения их стоимости и обеспечения гарантийной работоспособности их следует создавать на основе станков широкого назначения. Жела­тельно при проектировании нормального ряда универсальных станков предусматривать возможность создания на их базе спе­циальных и специализированных станков.

Существует два метода проектирования размерных рядов станков – проектирование отдельных станков, включенных в со­став данного ряда, и проектирование одновременно всех станков ряда. Второй метод более прогрессивный, так как обеспечивает все достоинства проектирования нормального ряда типоразме­ров станков.