Материал: Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Пачевский В.М., Яценко С.Н

В.М. Пачевский С.Н. Яценко

М.Н. Краснова

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Учебное пособие

Воронеж 2015

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

технический университет»

В.М. Пачевский С.Н. Яценко

М.Н. Краснова

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2015

УДК 621 (091);621(092)

Пачевский В.М. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учеб. пособие [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые и граф. данные (3,5 Мб) / В.М. Пачевский, С.Н. Яценко, М.Н. Краснова. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2015. - 1 электрон. опт. диск. (CD-ROM): цв. - Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024х768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

В учебном пособии представлены сведения о сущности автоматизации и эффективных методах ее реализации. Большое внимание уделено вопросам автоматизации загрузки, складирования и транспортировки изделий. Рассмотрены особенности процесса складирования, даны сведения о загрузочных и транспортных системах.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 15.03.01 «Машиностроение» (профиль «Технологии, оборудование и автоматизация машиностроительных производств), дисциплине «Автоматизация производственных процессов в машиностроении».

Ил. 33. Библиогр.: 3 назв.

Рецензенты: кафедра естественных дисциплин Воронежского

государственного университета инженерных

технологий (зав. кафедрой д-р техн. наук,

проф. А.С. Борсяков);

д-р техн. наук, проф. С.Ю. Жачкин

© Пачевский В.М., С.Н. Яценко,

М.Н. Краснова, 2015

© Оформление. ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный

технический университет», 2015

В ведение

Под автоматизацией технологических процессов понимаются мероприятия по управлению и контролю над отдельными машинами или технологическими процессами, исключающими непосредственное участие в этом человека, т. е. работа машин и механизмов происходит по программе, разработанной человеком.

Автоматизация технологических процессов являются одним из основных условий увеличения выпуска промышленной продукции и роста производительности труда. Эти мероприятия обеспечивают значительное снижение себестоимости изготовления продукции, а также улучшают ее качество.

При решении вопросов автоматизации технологических процессов основное внимание должно быть уделено использованию компьютерных технологий, автоматизации контроля продукции, созданию станков с программным управлением, -снижению себестоимости выпускаемой продукции и повышению ее качества.

Анализ современного положения технологии машиностроения показывает, что прогрессивное развитие технологических процессов может про-водиться, в основном, путем их автоматизации.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие качественные достижения в области автоматизации технологических процессов, в количественном отношении автоматизация технологических процессов еще в значительной степени отстает от запросов машиностроительных заводов.

Количественное отставание в области механизации и автоматизации технологических процессов в значительной степени снижает повышение производительности труда в машиностроении.

Необходимо отметить основные причины, тормозящие внедрение автоматизации и механизации в технологические процессы механической об-работки деталей машин.

1. Недостаточно четкая отработка конструкции детали и технических условий на ее изготовление.

2. Недостатки в действующих технологических процессах механической обработки деталей (точность и шероховатость обработанных поверхностей деталей).

3. Слабая стандартизация и унификация различных устройств по -автоматизации технологических процессов. Такое положение приводит к большому разнообразию конструкций различных устройств в области автоматизации технологических процессов.

Степень автоматизации технологических процессов в массовом, серийном и мелкосерийном производстве должна быть различной.

В каждом виде производства применяемые методы автоматизации- процессов должны соответствовать современному уровню раз-вития науки и техники и давать предприятию экономический эффект и улуч-шать условия труда.

Для получения положительных результатов при проведении различных мероприятий в области автоматизации необходимо предварительно произвести тщательное изучение на конкретном заводе объектов, подлежащих автоматизации. Только после тщательного и критического их изучения можно проводить разработку различных мероприятий по механизации и автоматизации работ. Например, прежде чем наметить какие-либо мероприятия по механизации и автоматизации какого-нибудь технологического процесса механической обработки детали на заводе, необходимо провести следующую подготовительную работу:

- тщательным образом изучить назначение детали в собранном узле машины;

- правильно определить вид заготовки для детали;

- проанализировать применяемое оборудование по всем операциям технологического процесса;

- проверить правильность применяемой оснастки для обработки де-тали;

- сравнить действующие режимы резания с режимами резания, рекомендуемыми в справочниках;

- проверить нормы штучного времени по всем операциям обработки детали и определить, соответствуют ли они техническим нормам времени.

Таким образом, только после тщательного изучения всего комплекса вопросов, относящихся к объекту автоматизации, можно приступать к выбору оптимальной конструкции оборудования оснастки, режимов резания и технических норм времени для автоматизируемого технологического процесса механической обработки детали на заводе.

На современном этапе развития машиностроения при становлении рыночных отношений автоматизация производственных процессов имеет большое значение. Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы механической обработки и сборки, которые обеспечивают высокую производительность и необходимое качество изготовляемых изделий.

Современное отечественное машиностроение должно развиваться в направлении автоматизации производства с широким использованием ЭВМ и роботов, внедрения гибких технологий, позволяющих быстро и эффективно перестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий. Автоматизация проектирования технологии и управления производственными процессами — один из основных путей интенсификации производства, повышения его эффективности и качества продукции.

1. Автоматизация складирования, загрузки и транспортирования изделий

1.1. Общие положения

В автоматизированных системах различного уровня широко используются транспортно-загрузочные, накопительные и складские устройства и системы. Они предназначены для перемещения изделий с позиции на позицию, их распределения по потокам, поворота, ориентации, межоперационного накопления и складирования. Характер работы, состав, конструкция, компоновка указанных устройств напрямую зависят от характеристик изделий и характера технологического процесса. Правильный выбор средств транспортирования, загрузки, накопления и складирования изделий непосредственно влияет на надежность, производительность и эксплуатационные затраты автоматизированных систем.

Первое, наиболее важное требование для деталей, поступающих на автоматы, автоматические линии, — их ориентация. Для этой цели используют целевые механизмы и устройства холостых ходов: ПР, автооператоры, различные ориентирующие устройства, например, вибрационные бункерно-ориентирующие устройства (ВБОУ). Различные конструкции и способы ориентации позволяют выбирать, а при необходимости заново конструировать необходимые ВБОУ.

Детали поступают в ВБОУ в виде неориентированной массы (навалом). После активной или пассивной (смешанной) ориентации их с помощью ПР или встроенных механизмов загрузки устанавливают на рабочие позиции.

Активную ориентацию осуществляют применением специальных порогов, прорезей, окон со смещением центра тяжести, струи сжатого воздуха, магнитного поля и других устройств. В качестве активно ориентирующих устройств используют схваты ПР и манипуляторов, которые извлекают детали из массы в определенном положении, т. е. строго ориентированно.

Пассивная ориентация предполагает отсекание деталей друг от друга и отсеивание неориентированных деталей с помощью специальных выступов, прорезей, пазов на подводящих и отводящих лотках.

Смешанная ориентация является наиболее надежным и производительным способом подачи ориентированных деталей в зону обработки, тем более что в дальнейшем с помощью транспорт-но-ориентирующих устройств необходимо сохранить ориентацию деталей на последующих рабочих позициях.

1.2. Загрузочные устройства автоматизированных систем

Загрузочные устройства автоматизированных систем представляют собой группу целевых механизмов, включающую в себя подъемники, транспортеры-распределители, механизмы приема и выдачи изделий, лотковые системы, отводящие транспортеры, межоперационные накопители (бункерные и магазинные), автооператоры.

Магазинные загрузочные устройства в зависимости от способа транспортирования можно разбить на три класса:

- самотечные;

- принудительные (магазины-транспортеры);

- полу-самотечные.

В устройствах всех классов детали, в основном в форме тел вращения, поступают, хранятся и выдаются в ориентированном состоянии.

В самотечных магазинах (гравитационных) заготовки перемещаются под действием сил тяжести; эти магазины используют для подачи заготовок вплотную, а заготовок специальной формы — вразрядку, т. е. с интервалом, для чего каждую заготовку помещают в отдельное гнездо или между захватами транспортирующего элемента. Заготовки перемещают качением или скольжением.

В принудительных магазинах и транспортных устройствах заготовки перемещают с помощью приводных механизмов в любом направлении и с любой скоростью. Устройствами этого типа можно транспортировать заготовки с помощью несущих средств (транспортеров) или специальными захватами вплотную и вразрядку, поштучно или порциями. Наиболее широко используют устройства с орбитальным движением рабочих органов, перемещающих заготовки, с вращающимися гладкими валками, одно- и двухвинтовые, инерционные, барабанные, карусельные и др.

В полу-самотечных магазинах заготовки скользят по плоскости, расположенной под углом, значительно меньшим угла трения. Заготовки перемещаются вследствие искусственного уменьшения силы трения между поверхностями скольжения при поперечном колебании несущей поверхности или в результате образования между поверхностями скольжения воздушной подушки.

Характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий. При этом требования к производительности в условиях мелко- и среднесерийного производства значительно возрастают. Противоречия требований мобильности и производительности находят разрешение в создании гибких производственных систем (ГПС). Высокая эффективность производства достигается рациональным сочетанием оборудования, организацией транспортных операций и управления ГПС. Растет выпуск станков с ЧПУ и роботов.

В роботизации наметился коренной поворот — от транспортно-загрузочных роботов к технологическим: в конструкциях роботов используются подвесные конструкции, поворотные звенья, электромеханические приводы и т. д.

Тенденцией современного этапа автоматизации проектирования является создание комплексных систем автоматизированного проектирования и изготовления, включающих конструирование изделий, технологическое проектирование, подготовку управляющих программ для оборудования с программным управлением, изготовление деталей, сборку узлов и машин, упаковку и транспортирование готовой продукции, которые более подробно рассматриваются в соответствующих дисциплинах учебного плана.

Бункерные загрузочные устройства БЗУ представляют собой емкости с ориентированными деталями, расположенными в один или несколько рядов. Особенностью БЗУ следует считать отсутствие захватных и ориентирующих устройств и ручную ориентацию заготовок. БЗУ отличаются друг от друга расположением, характером перемещения заготовок и способом их выдачи. Как правило, в бункерах хранятся и выдаются детали простой формы: болты, шайбы, колпачки.

В бункере заготовки сосредоточены навалом, поэтому требуется автоматически захватывать их (ворошить) и ориентировать для последующей загрузки на оборудование. Бункеры могут иметь одну емкость для накопления и захвата заготовок или две емкости: одну — для накопления запаса заготовок, а вторую — для выдачи ориентированных заготовок.

Наиболее распространенными являются вибрационные БЗУ. Принцип действия такого бункера основан на способности деталей поступательно перемещаться в процессе их вибрации. Существуют вибробункеры для вертикального подъема деталей с направленной и со свободной подвеской лотка или чаши. Расчет вибробункера проводят на основании условий требуемой производительности, размера заготовок, их массы, ориентировочной емкости бункера и других факторов.

И магазинные и бункерные загрузочные устройства функционально и конструктивно связаны с лотковыми системами, которые представляют собой лотки: прямые простые, роликовые, спиральные простые, спиральные роликовые, спирально-овальные, змейковые, зигзагообразные, дугообразные, каскадные и др. Детали перемещают по лоткам как самотекам, так и принудительно, под действием вибрации. Последний способ является более производительным, хотя и требует дополнительных устройств и, следовательно, затрат. Расчет скорости и времени перемещения необходимо связать с надежностью загрузочных устройств, так же как и с производительностью и надежностью всей автоматизированной системы. Составной частью загрузочных устройств, в том числе и лотковых систем, являются отсекатели и питатели.

Отсекатели — механизмы поштучной выдачи — предназначены для отделения одной заготовки (или нескольких заготовок) от общего потока заготовок, поступающих из накопителя, и для обеспечения перемещения этой заготовки (или заготовок) в рабочую зону оборудования или на транспортер. По траектории движения различают отсекатели: с возвратно-поступательным движением, с колебательным движением, с вращательным движением. В качестве собственно отсе-кателей заготовок используют штифты, планки, кулачки, винты, барабаны, диски с пазами.

Питатели предназначены для принудительного перемещения ориентированных заготовок из накопителя в зону зажимного приспособления или на транспортирующее устройство. Конструкции питателей разнообразны; их форма, размеры, привод подвижных частей зависят от конструкции оборудования, взаимного расположения инструмента и заготовки, от формы, размеров и материала подаваемых заготовок. И отсекатели, и питатели входят в состав автоматических загрузочных устройств — автооператоров.

Автооператоры — специальные целевые загрузочные устройства, состоящие из питателя, отсекателя, заталкивателя, выталкивателя (съемника) и отводящего устройства. Эти устройства являются специальными, т. е. их применяют для обслуживания одной или ряда подобных операций. Автооператоры выполняют возвратно-поступательное, колебательное перемещение деталей в зону обработки. При этом время работы автооператора строго синхронизировано с работой обслуживаемого оборудования. Автооператоры оснащаются механическими, магнитными, электромагнитными, вакуумными захватными устройствами. Производительность автооператора определяется производительностью оборудования, которое обслуживается этим автооператором. Надежность автооператоров зависит от условий их изготовления и эксплуатации и непосредственно влияет на надежность и эффективность работы оборудования.

Особым классом загрузочных устройств (ЗУ) являются роботы, которые служат для транспортировки, ориентации и загрузки изделий.

Промышленным роботом (ПР) называют быстро переналаживаемое устройство с собственным программным управлением, позволяющим синхронизировать его действие с другими машинами и механизмами и выполнять с помощью своих механизмов циклически повторяющиеся операции технологического процесса, т. е. это устройство, которое легко вписывается в комплекс технологического оборудования для его обслуживания. Промышленные роботы применяют в металлообработке, штамповке, сборке, литейном производстве.