Материал: Системы технологий

Производительность обработки определяет число деталей, изготовляемых в единицу ремени

Q=1/T.

Время T складывается из времен: основного (технологического), подготовительно-заключительного, вспомогательного и оргтехобслуживания.

Тема 9. Автоматизация производства в цехах с металлорежущим оборудованием

План

1.Автоматизация металлорежущих станков.

2.Автоматизация на базе станков с программным управлением.

1.Автоматизация металлорежущих станков.

Автоматизация представляет собой совокупность мероприятий по разработке, созданию и внедрению автоматически действующих средств производства. Она позволяет существенно повысить производительность труда, облегчить условия работы на станках, повысить качество выпускаемой продукции.

Работа автоматического устройства характеризуется цикличностью. Время каждого цикла слагается из рабочего и вспомогательного времени. Основное условие работы автоматической машины - выполнение элементов цикла без вмешательства человека. В металлорежущих станках автоматизируют включение и выключение подач, быстрые подводы и отводы частей станков, загрузку заготовок и т. д. Универсальные автоматы и полуавтоматы обеспечивают высокую производительность труда путем максимального совмещения всех вспомогательных и рабочих движений.

Совершенствование органов управления рабочих машин способствует созданию и дальнейшему развитию станков, осуществляющих все движения по специальной программе - станков с п р о г р а м м н ы м у п р а в л е н и е м (ПУ). Эти станки отличаются быстрой переналадкой на изготовление другой детали, большим числом команд управляющего органа станка. Станки с ПУ служат базой для создания м н о г о о п е р а ц п о н н ы х станков, имеющих набор большого числа инструментов, расположенных в специальном устройстве - магазине. Автоматическая рука поочередно устанавливает их в рабочий шпиндель для выполнения последующей работы.

Технологическое оборудование можно компоновать в автоматические линии, т. е. создавать систему автоматов, объединенных средствами транспортирования и управления. Большое развитие получают автоматические линии, состоящие из агрегатных станков. Такие линии создают для обработки вполне определенных деталей, например, корпусов для механизмов автомобилей, тракторов и др. Автоматические линии могут быть далее объединены в более сложные системы (например, цехи), которые образуют автоматические заводы. Станки с ПУ также могут быть объединены в автоматические линии, которые могут обслуживаться ЭВМ.

Создание станков-автоматов непрерывного действия позволяет в наибольшей степени повысить производительность труда. Это достигается совмещением времен рабочих и вспомогательных движений при одновременной обработке нескольких заготовок. Такие станки могут быть скомпонованы в автоматические линии непрерывного действия. При автоматизации производства процесс изготовления детали можно расчленить на отдельные операции, каждую из которых поручают автоматическому устройству в виде механизма или станка (принцип дифференциации). Все механизмы или станки работают одновременно. Вместе с тем эти устройства можно объединить в автоматически действующие комплексы (принцип концентрации), представляющие собой станки, линии, цехи или заводы.

Универсальные автоматы.

Процесс изготовления деталей на универсальных автоматах полностью определяется профилем и взаимным расположением кулачков, представляющих собой программоносители и закрепленных на распределительном валу в ориентированном по отношению друг к другу положении. Все действия рабочих органов автоматов происходят в полном соответствии с циклом его работы. Универсальность автоматов состоит в возможности изготовления очень большого числа различных деталей в определенных диапазонах размеров.

Рабочий цикл автомата соответствует одному обороту распределительного вала. Частота вращения распределительного вала изменяется с помощью органов настройки, например гитары сменных зубчатых колес.

По описанной схеме могут работать автоматы различного технологического назначения, в частности большинство металлорежущих автоматов. Они сравнительно просты и надежны в работе. Вместе о тем такие автоматы не реагируют на изменение качества деталей в коде обработки.

Для увеличения производительности применяют многошпиндельные автоматы. При этом обработка заготовок происходит одновременно в нескольких позициях.

2.Автоматизация на базе станков с программным управлением.

Основное преимущество станков с программным управлением состоит в сокращении времени обработки, простоте переналадки и возможности использования в цехах, где наблюдается быстрая смена объектов производства. Металлорежущие станки оснащают цикловым (ЦПУ) и числовым (ЧПУ) программным управлением. Станки с ЦПУ имеют позиционную систему управления с панелями упоров, отключающих подачу суппорта или ползуна. Такую систему используют, например, для обработки заготовок типа ступенчатых валов. Программа задается расстановкой специальных стержней--штекеров в гнездах панели,

расположенной в отдельном пульте систему ПУ, что дает возможность запрограммировать несколько различных этапов обработки.

Р
исунок 4. Схема циклового Рисунок 5. Схема станка с шаговыми

программного управления двигателями

Рассмотрим принципиальную схему ЦПУ (рис. 4). Станок включается нажатием кнопки 1. При этом срабатывает реле 3 и устройство 4, получив импульс, переводит переключатель 5 из положения 0 в положение а. Ток проходит через коммутаторное устройство. Все правые полукольца 6 устройства связаны с соответствующими контактами шагового переключателя 5, а левые полукольца 7 - с реле 8, управляющими механизмами станка. Шаговый переключатель поочередно включает контакты горизонтального ряда, но ток пойдет только в то реле 8, в гнездо которого вставлен штекер. Величина перемещения механизма станка устанавливается с помощью упоров 2, закрепленных на движущихся частях станка, и конечного переключателя 9. Каждый раз при срабатывании выключателя 9 реле 3 получает импульс на перевод шагового переключателя в соответствующее положение. Если, например, необходимо просверлить несколько отверстий, то система ЦПУ обеспечит автоматическое включение подач Sв, Sу₁, Sу₂, Sy₃ и т. д. При этом на детали будут получены закоординированные отверстия.

Станки с ЦПУ достаточно просты и относительно дешевы. Однако переналадка их трудоемка. Изменение программы требует перестановки большого числа упоров и штекеров в новые положения. Для расширения технологических возможностей станков используют системы с ЧПУ. Программа задается о помощью чисел в закодированном виде на программоносителе - перфорированной или магнитной ленте. Система может производить перемещения рабочих органов станка по одной или трем координатам. При ЧПУ на перфорированной ленте может быть зафиксировано практически неограниченное число команд.

У станка с шаговыми двигателями (рис. 5) для перемещения стола по двум координатам перфорированная лента (с отверстиями) 1 перемещается специальным механизмом. Лента выполнена из плотной бумаги или пластмассы. Расположение отверстий на дорожках ленты соответствует импульсам, передаваемым органам станка (столу, шпинделю и т.д.). Информацию программоносителя воспринимает считывающее устройство 2. Нижний и верхний (шарик) контакты могут замкнуться и дать импульс только тогда, когда между ними окажется отверстие ленты. Информация считывается с каждой ее дорожки. Распределители импульсов 3 передают их в усилители 4. Импульсы тока необходимой величины поступают в шаговые электродвигатели 5. При этом каждому импульсу соответствует определенный угол поворота вала электродвигателя. Если подавать на электродвигатель энергию в дискретной форме (в соответствии с расположением отверстий на ленте), то в итоге его вал повернется на заданную величину. Связанные с электродвигателями ходовые винты 6 и 7 обеспечивают подачу стола 8 вдоль координатных осей х и у. Величины перемещений зависят от числа переданных импульсов, а скорость - от частоты импульсов.

Следующее звено автоматизации - оснащение станков с ЧПУ устройствами для размещения (магазинами) и автоматической замены инструмента. Это позволяет последовательно выполнять большое число разных этапов обработки, осуществляемых различными режущими инструментами без снятия заготовки со станка. В магазинах можно разместить до 150 инструментов. Режущий инструмент по команде от программы подается в рабочее положение в любой последовательности с помощью специальной автоматической руки. Все это позволяет обрабатывать, например, сложные корпусные детали с четырех-пяти сторон.

Рассмотрим общую компоновку одного из таких многооперационных станков (рис. 6). Заготовка в виде корпусной детали устанавливается и закрепляется на столе 8, после чего перемещается по стрелке А (в направлении х) в рабочую позицию 6. Шпиндельная бабка 2 станка перемещается по направляющим станины в направлении z. Автоматическая рука 4, делая сложные пространственные движения, переносит из цепного магазина 3 соответствующий режущий инструмент и устанавливает его в шпиндель 1. В ходе обработки корпусной детали устройство программного управления 5 обеспечивает координатное перемещение элементов станка по осям х, y, z; поворот вокруг вертикальной оси стола в позиции 6 на необходимый угол; выбор и смену режущего инструмента. Обработанная с четырех сторон заготовка передвигается по стрелке В по направляющим 7 на позицию 9.

Рисунок 6. Многооперационный станок.

В то время, пока в позиции 6 производилась обработка, в позиции 8 закрепляли вторую заготовку, которая по стрелке А также передается в позицию обработки. Готовая деталь с позиции 9 передается по стрелке С в позицию 8, ее снимают со стола, а на ее место устанавливают следующую заготовку. Вспомогательные движения максимально совмещены. Во время обработки заготовки магазин 3 перемещается, и в районе действия руки 4 оказывается нужный инструмент. На его смену расходуется несколько секунд.

Обрабатывающие центры.

Первыми появились токарные станки позже появились и другие Это станок, на котором установлен магазин с инструментами (часто в виде ленты) до 150 штук Следующим шагом в автоматизации металлообрабатывающего производства следует считать выпуск обрабатывающих центров. Обработка различных крупных корпусных деталей может состоять из различных операций - сверление, растачивание, фрезерование и т д Переход к каждой операции требует смены инструментов, транспортировки заготовок, что требует дополнительных затрат времени Поэтому получили распространение станки, которые позволяют обрабатывать деталь с применением многих, до 150 штук, инструментов без снятия детали -обрабатывающие центры В обрабатывающем центре имеется магазин, инструменты из которого поддаются и устанавливаются в патроне станка автоматически, в соответствие с заданной программой Смена инструмента происходит двухзахватным оператором, который одним захватом вынимает отработавший инструмент, другим устанавливаемый поворачивается на 180 градусов, устанавливает инструмент-патрон, отработавший инструмент - в магазин На обрабатывающих центрах можно обрабатывать все поверхности детали кроме базовой Обрабатывающие центры отличаются высокой производительностью, и находят широкое применение в развитых странах, особенно в Японии

Обработка на многооперационных станках обеспечивает повышенную точность. Инструмент настраивается на размер вне станка, положение его очень точно фиксируется в рабочем шпинделе. Эффективность использования таких станков возрастает с увеличением
сложности обрабатываемых заготовок.

Высшей формой организации работы станков с ЧПУ является создание комплексных автоматизированных участков с централизованным управлением от ЭВМ.

Автоматические линии.

Автоматическая линия - это система автоматически действующих станков, связанных транспортирующими средствами и имеющая единое управляющее устройство. Часто линии изготовляют для обработки вполне определенных деталей (например, картеров коробок скоростей автомобиля). Однако, если конструкция детали изменится, данная линия окажется непригодной для дальнейшего использования. Чтобы этого не случилось, используют принцип агрегатирования. При этом линию компонуют из стандартизованных элементов. Новая конструкция обрабатываемой детали приведет к новой компоновке линии из элементов, использованных ранее.