ZMOK

Зажимные механизмы и оснастка Кузнецова

Cамонастраивающиеся цанговые патроны (СЦП)

  • надежно зажимают дешевые горячекатаные прутки с отклонением диаметра более 0,5... 2
  • повышают быстродействие в 2,5...3 раза
  • стабилизируют и снижают силу в приводе зажима
Подробнее...

Высокоточные цанговые патроны (ВЦП)

  • Повышают точность обработки деталей из прутков
  • Повышают производительность обработки
  • Экономят, метал за счет устранения операции вторичная подрезка торца, и сокращают припуск на нее
Подробнее...

Инструментальные зажимные патроны

Монография подводит итог многолетней деятельности украинской школы в области создания новых станков, их механизмов и инструменально-технической оснастки с применением системно-морфологического подхода, что проиллюстрировано на большом количестве примеров, реализованных в машиностроении Украины, Росии, Болгарии и других странах. Подробнее...

Клиновые сверлильные патроны (КСП)

  • повышают точность зажима сверл, зенкеров, разверток в широком диапазоне диаметров
  • обеспечивают самозажим
  • обеспечивают легкий зажим-разжим от руки
Подробнее...

Морфологический синтез станков и их механизмов. Монография

Монография подводит итог многолетней деятельности украинской школы в области создания новых станков, их механизмов и инструменально-технической оснастки с применением системно-морфологического подхода, что проиллюстрировано на большом количестве примеров, реализованных в машиностроении Украины, Росии, Болгарии и других странах. Подробнее...

Основи технічної творчості. Практикум

Изложены системные, ассоциативные, алгоритмические, комбинированные методы поиска технических решений с конкретными примерами и перечнем практических занятий. Даны рекомендации по выявлению и оформлению объектов технического творчества, заявок изобретения, полезные модели и рационализаторские предложения, с конкретными примерами и справочной информацией в приложениях. Подробнее...

Патентоведение и авторское право. Учебник

Изложена система интеллектуальной собственности (ИС) в Украине, основные вопросы международного сотрудничества в сфере ИС, патентно-информационных исследований, методологии создания объектов промышленной собственности с использованием современных методов поиска новых технических решений. Рассмотрены вопросы приобретения прав, охраны и защиты различных объектов ИС (патентного права, нетрадиционных, авторского права и смежных прав), организации и экономики ИС с примерами расчета стоимости оценки, составления договоров (лицензионных, авторских и др.). Подробнее...

Патентознавство та авторське право. Практикум

Приведены методически указания для решения изобретательских задач современными методами, особенности проведени патентних исследований составленя заявок с примерами в приложениях на объекты интеллектуальной обственности (изобретения, полезные модели, промышленные образцы, товарные знаки, топографии интегральных микросхем, ноу-хау, авторского права на компьютерные программы и базы данных). Приведены рекомендации по составлению лицензионных договоров и определения размера лицензионного вознаграждения. Подробнее...

Робототехнічні системи і комплекси фармацевтичного та биотехнологічного виробництва

В навчальному посібнику викладені основи роботизації і побудови робототехнічних систем і технологічних процесів за критеріями високої продуктивності і якості. Приділена увага системам впорядкування об'єктів роботизації, робочим органам і приводам робототехнічних систем, компоновкам промислових роботів і систем на модульному принципі, системам керування інформаційного забезпечення. Наведені приклади застосування робототехнічних систем і комплексів в різних галузях народного господарства, зокрема мікробіологічній, фармацевтичній, біотехнологічній і харчовій промисловості, також в курсовому проектуванні, при виконанні розрахунково-графічних, лабораторних і практичних занять. Подробнее...

Теория технических систем. Учебник

Приведены основне понятия технической системы (ТС) с иерархией описания, закономерностей развития и показателями качества. Рассмотрены структура и параметры ТС, их классификации, свойства и методы оценивания, а также законы построения и развития ТС.

Уделено внимание проектированию, моделированию, исследованию, синтезу и прогнозированию ТС. Теоретические и практические вопросы иллюстрируются примерами создания мшин и механизмов различного назначения. Подробнее...

Цанговые патроны двойного зажима: теория и практика: Монография

Монография является результатом многичесленных исследований авторов, выполненных ранее и в последние годы в области цанговых зажимных патронов повышенной жесткости. В ней сформулирована проблема повышения жесткости зажима деталей и инструментов на металлорежущих станках , приведены классификация и анализ известных цанговых патронов двойного зажима, принципы создания новых конструкций, результаты теоретических и экспериментальных исследований. Даны рекомендации по конструированию, расширению области применения патронов двойного зажима. Предложен генетико-морфологический подход к поиску новых принципов зажима, в том числе, двойного, и их предвидению с учетом системного подхода и применением генетических операторов синтеза. Подробнее...

Широкодиапазонные цанговые патроны (ШЦП)

  • Надежно зажимают без переналадки дешевые горячекатаные прутки и некалиброванные заготовки с отклонением диаметра от номинального до 2-5 мм и более
  • Сокращают комплекты цанг в 2-5 раз и более
  • Сокращают вспомогательное время на переналадки станка.
Подробнее...

Эксцентриковые сверлильные и фрезерные патроны (ЭСП)

  • Повышают точность зажима сверл, зенкеров, разверток, фрез в широком диапазоне
  • Обеспечивают надежный зажим при правом и левом вращениях
  • Обеспечивают легкий зажим-разжим от руки или ключом
  • Работают на высоких частотах вращения
Подробнее...

Генетична інформація – ключ для створення верстатів нового покоління

Вступ

Проектування завжди пов’язано з геометричними побудовами як в техніці, так і в будівництві. Створюючи нове або відтворюючи в натурі відоме, людина завжди зверталася до геометричних побудов.

В геометрії – це проведення паралелі, поділ відрізка навпіл, на число рівних або пропорційних частин, встановлення перпендикуляра, побудова кута, рівного заданому, 30°, 45°, 60°, поділ кута навпіл, проведення дотичної, виконання кола зовні або всередині багатокутника, побудова різних фігур.

В планіметрії  і стереометрії  мова вже йде відповідно про геометричні поверхні і тіла. Різні геометричні тіла – це предмети, від яких мислено відокремлені всі його властивості, крім просторових – об’ємних (форма і розміри).

Ці прості міркування ще за давніх часів використовувалися людиною в розумовій, практичній, виробничій та іншій діяльності і у вигляді генетичної інформації, зафіксованої на різних носіях (знаках, малюнках, книжках,  статуетках, числах, тощо), переносилися із покоління в покоління з еволюційним їх розвитком [2].

Постановка проблеми

Знаряддя людей кам’яного віку уявляють з себе форми, на підставі яких з’явилися всі наступні винаходи в механиці [2, 13].

Саме з таких позицій можна прослідкувати розвиток техніки від минулого через сучасне в майбутнє на прикладі еволюції розвитку верстатів – машин, що створюють інші машини [1, 10, 13], використовуючи для цього геометричні побудови. В кам’яному віці кількість технічних систем, які складалися з одного – трьох тіл не перевищували п’яти – десяти (обробка каменю каменем в Африці 2,4 млн р. тому, кам’яна сокира в Кенії 1,65 млн р. тому, оволодіння вогнем в Африці 790 тис. р. тому, тощо).

Основна частина

Дерев’яна палиця, як відрізок прямої, дозволила отримати вогонь за рахунок  її прямого і зворотного обертання і тертя в точці об інший предмет (поз. 1, табл. 1). Це був початок створення вертикально – свердлильного верстата, як обертаючого стержня довжиною L, навантаженого осьовою силою Р (поз. 5, табл. 1). Розміри стержня – палиці людина вибирала інтуїтивно, зважуючи на його міцність і стійкість. Плоска схема верстата була симетричною.

Таким чином, в перших прообразах вертикально – свердлильного верстата спостерігається симетрія відносно вісі обертання, яка є віссю першого варіанта шпинделя (поз. 2-4, табл.1). Для підвищення працездатності свердління на кінці палиці – шпинделя з’являється більш твердий матеріал, наприклад, камінь замість дерева (в поз. 3, 4 кінець затемнений).

Коли людина навчилася виливати метал і виготовляти металеві вироби (І-е тисячоліття до н. е.), несучі частини верстатів теж почали робити металевими, які не вимагали утримання її людиною, з’явилася можливість звільнити рухи для інструменту, а ногу використовувати в якості приводу для важільно–кривошипної передатно–підсилюючої ланки, а в подальшому зубчастої [9]. З’являється вертикальна Г-подібна колона і основа – станина (поз. 1, табл. 2).

Для полегшення праці людина починає використовувати енергію води в різних видах виробництва (водяні колеса) [2], перетворюючи обертальний рух водяного колеса nВ в обертальний рух шпинделя n через передачі (зубчасті, пасові) (поз. 2, табл. 2). При цьому подача Sв здійснюється або від ноги людини (знизу уверх), або від руки (поз. 1, табл. 2). Можливо з появою в VII столітті н. е. вітряного млина в Персії обертальний рух шпинделя міг бути від вітряка, що спростило конструкцію верстата (поз. 3, табл. 2).

Необхідність отримання обертального руху шпинделя (з інструментом) не від рук людини, а від інших джерел – приводів (ноги людини, водяного або вітрового колеса) привели до створення масивної несучої системи (поз. 4, табл. 2) – колони з протилежного боку вісі шпинделя по відношенню до робочого місця людини [5]. Компоновка вертикально – свердлильного верстата стала несиметричною і зберігається до наших часів при ручному керуванні верстата (безпосередній зв'язок людини з машиною) [1].

В епоху промислової революції [5, 9] з появою парової машини (локомобіля) на кінці ХVII – початку XVIII століття обертальний рух шпинделя n здійснювався через трансмісійний вал з однаковими обертами nТ на кілька верстатів (поз. 1, табл.3), а з появою електромоторів на початку ХІХ століття кожний верстат мав індивідуальний привод М1 з обертами nед  (поз. 2, табл.3).

Зміна частот обертання шпинделя здійснювалася в основному багатоступінчастими шківами. При цьому вертикальна подача Sв здійснювалася вручну, а згодом через зубчасті передачі. З’явилися установочні рухи стола, що призвело до необхідності додаткових подач при фрезеруванні: повздовжніх Sпз і поперечних Sпп (поз. 3, табл.3). Для здійснення цих подач спочатку використовували ручний привод, а згодом додатковий електродвигун М2 і зубчасті кінематичні ланцюги [5, 9].

Кінематичні настройки почали здійснюватися за рахунок зубчастих і гвинтових передач (різні передатні відношення давали різні частоти обертання шпинделя і різні величини подач). Металоємність верстатів почала зростати при збереженні несиметричної компоновки (поз. 4, табл. 2), а при здійсненні верти-кальної подачі стола додалася ще одна консоль (табл. 3), яка впливає на жорсткість верстата і точність обробки. Крім кутів g1 і g2 з’явився додатковий кут перекосу g3.

На початку ХІХ століття з’являється перший паросток  програмного керування (без кулачків і розподільного валу) – жакардовий ткацький верстат (1801 р., автор Жозеф Марі Жаккар), що вплинуло на автоматизацію різних машин і, зокрема, верстатів [1]. Спочатку було циклове програмне керування, а згодом числове, що дозволило здійснювати головний рух шпинделя n і подачі Sв, Sпз, Sпп від окремих електродвигунів по коротких кінематичних ланцюгах (поз. 3, табл. 3), а також розширити функціональні можливості верстатів (виконання свердлильно – фрезерувально – розточувальних робіт) з додатковими координатними рухами (чотирьох і п’яти координатні верстати).

З появою міжнародної системи позначення вісей  координат ISO, систем ЧПК і модульного принципа [7, 8] суттєво збільшується кількість варіантів компоновок свердлильно – фрезерних верстатів, але залишається успадкована генетична інформація про присутність людини біля верстата і розташування пультів керування з одного боку робочої зони, що не змінює принцип компоновки (табл. 2 і 3), залишаючи її несиметричною (асиметричною).

Пропонуються нові підходи для спрощення компоновок верстатів з ЧПК з поверненням до симетричної схеми (табл. 1), але в сучасному виконанні за рахунок інноваційних розробок - концепція DCG (привод по центру тяжіння), Box in box (коробка в коробці),  DDM – Direct Drive Motor (прямий вбудований привод) [4, 8].

З появою мехатронних систем (механіка, електротехніка, електроніка) і стрижньових механізмів паралельної структури (МПС) в кінці ХХ століття з’являються верстати нового покоління з паралельною кінематикою, які становляться перспективною альтернативою традиційним верстатам [8] і в яких рухи виконавчих органів нагадують рухи живих істот.

В багатьох компоновках верстатів з МПС іде повернення до симетрії в початковому стані, використання П – подібного каркаса (поз. 3, 4, табл. 1) з станиною, стійками і траверсою.

Почалася на новому рівні побудова свердлильно – фрезерних верстатів з використанням каркасних компоновок [8], але з обмеженою, знову ж таки з успадкованою генетичною інформацією про присутність людини біля верстату з однієї сторони робочого місця.

Тільки сучасні приводи (мотор-шпинделі, лінійні напрямні тощо), керування на відстані за допомогою комп’ютерів відкрили шлях до нових оригінальних компоновок з використанням різних геометричних фігур для несучих систем (рис. 1) при збереженні принципу симетрії [3, 4, 12].

Використовуючи генетичну інформацію, автором запропонована концепція, яка передбачає системний підхід, застосування каркасних і оболонкових конструкцій несучих систем, модульного принципу та інтелектуальних комп’ютерних систем. При цьому як для природних біологічних систем запропоновано використовувати п’ять генетичних операторів [7, 11]: реплікація, схрещування, інверсія, кросинговер і мутація. В сполученні з цими операторами для синтезу компоновок, вибору форми несучої системи і виконавчого органу доцільно застосовувати геометричні оператори перетворення у вигляді умовних хромосом (батьківських, нащадків, реплікаторів) та хромосомної інверсії [7].

Стримуючим фактором у створенні верстатів нових компоновок є вектор інерції мислення [10], тобто людський фактор, який може надовго стримувати думки і фантазії людини, поки не з’явиться поштовх у вигляді на перший погляд сумбурної ідеї (проти якої виступають завжди маститі вчені, виховані на інших поглядах і досвідах).

Природа підказує багато нових ідей, а закони її розвитку доцільно використовувати при створенні нової техніки [6, 8, 11].

Реалізація нової концепції гібридних каркасних компоновок дозволяє створити нові компоновки верстатів з МПС і потрібною мірою вільності виконавчого органу для виконання багатофункціональних задач шляхом розподілу технологічних рухів між традиційною і паралельною структурами модулів [7, 8].

З’єднавши опори пірамідального каркаса шарнірно з модулями лінійних приводів на масивній станині, з’являється можливість  управляти формою і розмірами робочого простору – масштабувати, відображати і тому подібне. При цьому додаткові зв’язки, що забезпечують стійкість каркаса розташовані вільно у вигляді ковзаючих опор з можливістю фіксації положення за допомогою електромагнітних муфт, які не збільшують істотно масу верстата. Такі конструктивні виконання можуть забезпечити як одночасне відпрацювання переміщень модулів послідовного з’єднання, так і модулів просторових МПС.

Нові компоновки вимагають іншого підходу законів ергономіки, наприклад, при каркасній пірамідальній (рис. 2, в) або клиноподібній (рис. 2, д, е) компоновці робоче місце може бути з трьох або чотирьох сторін, що спрощує підхід до верстатів, які входять в гнучкі виробничі системи, і скорочує шляхи переносу об’єкта обробки від одного верстата до іншого, наприклад, за допомогою робокарів.

Висновки і напрямки подальших досліджень

На підставі аналізу історії розвитку верстатобудування [1, 5, 9], патентно – інформаційних досліджень можуть бути створені моделі макроеволюції структур базових видів металорізальних верстатів та іншого технологічного обладнання в циліндричній системі координат [11]. Графічно це може виглядати у формі просторової спіралі змінного кроку (розмаху) – солітону (рис. 3, б), де на початку відліку часу (рис. 3, а) маємо горизонтальну координату породжувальних систем (ПС), кутову посекторну координату форм перетво-рення породжувальних систем (ФППС) від початкового положення О-О, вертикальну координату складності структур систем (ССС) в напрямку вісі часу, розбитого на різні історичні періоди, починаючи з кам’яного віку. Для кожного класу (родини) верстатів конкретні моделі можна побудувати на підставі тематичного патентно – інформаційного дослідження.

Роботи в цьому напрямку розпочаті в НТУУ «КПІ» стосовно верстатів та їх механізмів. Це дозволить успішно реалізувати запропоновану концепцію створення нових верстатів і їх механізмів.

Таблиця 1. Еволюція розвитку батьківської «хромосоми» вертикально– свердлильного верстату (кам’яний вік)

№ п/пСхемаВикористання і особливості
1  

Добування вогню, зворотно – обертальний рух n0 від рук людини і тертя в точці. Пряму палицю можна вважати батьківською «хромосомою» в пород- жувальній системі [11, 13].

2   Свердління за рахунок подачі Sв, V, вісь палиці нагадує вісь майбутнього шпинделя і співпадає з віссю отвору, зворотно – обертальний рух n0від рук людини; для підвищення швидкості – підсипання абразиву – піску.
3  

Свердління спрямоване з додатко- вою опорою на траверсі і двох стійках, зворотно – обертальний рух n0від рук людини. З’являється П – подібний кар- кас верстата.

4  

Свердління з використанням лука (луковий привод), що перетворює зворотно – поступальний рух nп від рук людини в зворотно – обертальний рух з підвищеними обертами n0.

5  

Стержень (шпиндель) сприймає навантаження стиску і в залежності від сили Р, його довжини L і площі поперечного перерізу (моменту інерції І ) може втрачати стійкість. Схеми 1-4 симетричні.

Таблиця 2. Еволюція розвитку вертикально – свердлильного верстату (І-е тисячоліття до н. е. – І-е тисячоліття н. е. )

№ п/пСхемаОсобливості
1 Свердління з одностороннім обертальним рухом n від ноги людини через зворотно – коливальний рух nК важіля і передавально – підсилюючі ланки з вертикальною подачею Sв від руки. З’являється Г-подібна колона з консоллю.
2  

Односторонній обертальний рух n від водяного колеса з обертами nв через зубчасто – пасові передачі. При цьому зберігається вертикальна Г-подібна колона з консоллю і зворотньо – коливальний рух nкважіля для верти- кальної подачі SВ заготовки і її відво-ду.

3   Заміна енергії води (водяного колеса) енергією повітря (вітряного колеса) при спрощенні верстата, залишаючи однакову консольну Г-подібну компоновку.
4  

Консольний Г-подібний стержень довжиною L несучої системи із шпинделем на вильоті а, навантажений силою Р (моментом М=Ра). Схеми 1-3 симетричні.
Несиметрична компоновка викликає деформації згину і перекосу (кути g1 i g2).

Таблиця 3. Еволюція розвитку вертикальних свердлильних та фрезерних верстатів (кінець XVII сторіччя – ХХ сторіччя )

№ п/п Схема  Особливості
 1   Свердління з приводом обертання шпинделя n від трансмисійного валу через зубчасті і пасові передачі з вертикальною подачею Sв від руки. Трансмісійний вал обертається від парової машини (локомобіля)
 2   Свердління з приводом обертання шпинделя n від електродвигуна через зубчасті і пасові передачі з вертикальною подачею Sв від руки або через зубчасто-реєчну передачу на шпиндель.
 3  

Свердління і фрезерування з окремим приводом обертання шпинделя n від електродвигуна і окремим приводом подач Sв, Sпз, Sпп по трьом координатам X,Y,Z або від окремих приводів від ЧПУ верстатом

 4   Консольний Г-подібний стержень довжиною L несучої системи із шпинделем на вильоті а і консолі з координатним столом на висоті в. Схеми 1-3 несиметричні. Несиметрична компоновка викликає деформації згину і перекоси (кути g1, g2, g3).

Література

  1. Бирюков Б. Н. Машины, создающие машины. – К.: Техника, 1987. -143 с.
  2. Боголюбов Н. И. История механики машин. – К.: Наукова думка, 1964. -463 с.
  3. Болохонский А. Г. Генетический код и симметрия // Симметрия в природе. – Л., 1971. – с. 75.
  4. Дурнев В. Д., Талашкевич И. П. Симметрия в технологии. – СПб.: Политехника, 1993. – 256 с.
  5. Загорский Ф. Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины ХІХ века. – М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1960. – 282 с.
  6. Короткова Г. П. Принципы целостности (к вопросу о соотношении живых и неживых систем). – Л.: Изд. Ленинград. ун-та, 1968. – 160 с.
  7. Кузнєцов Ю. М. Концепція створення технологічних систем нового покоління на модульному принципі //Технологічні комплекси. – Луцьк, ЛНТУ, №2, 2010. – с. 8-14.
  8. Кузнецов Ю. Н., Дмитриев Д. А., Диневич Г. Е. Компоновки станков с механизмами  параллельной структуры. – Херсон: ПП Вишемирский В. С., 2010. – 471 с.
  9. Очерки истории техники в России с древнейших времён до 60-х годов ХІХ века /В. К. Кузаков, Н. Н. Стоскова, А. А. Дорогов и др. –М.: Наука, 1978. -375 с.
  10. Половинкин А. И. Законы строения и развития техники. -Волгоград, 1985. -202 с.
  11. Шинкаренко В. Ф. Основи теорії еволюції електромеханічних систем. – К.: Наукова думка, 2002. – 288 с.
  12. Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке и искусстве. – М.: Наука, 1972. – 340 с.
  13. Mason O. T., The Origins of Inventions: A Study of Industry Among Primitive Peoples, Cambridge, Massachusetts, The M. I. T. Press, 1966.