Киров, 2001

Порядковый номер	Номер аудитории

 

 

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии автоматизированного

машиностроения

 

 

Ю.Л.Апатов

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ (АППМ)

 

 

Конспект лекций для студентов специальности 120100 – «Технология

машиностроения» дневной, заочной и ускоренной форм обучения.

 

Киров, 2001

 

Дисциплина «Автоматизация производственных процессов в маши­ностроении (АППМ)».

Составитель: к.т.н., доцент кафедры ТАМ Апатов Ю.Л.

 

1. Основные понятия и определения. Механизация и автоматизация производства. Автоматические и автоматизированные процессы и оборудо­вание. Степень автоматизации.

 

 

Механизация – начальная ступень при переходе от автоматизации производства, она направлена на замену ручного труда машинным, при этом в её основу положено применение отдельных устройств или приспособлений, а обьектом её служит отдельно взятая технологическая операция (меха­низированная сборка или использование пневмовинтовёрта).

Комплексная механизация – следующая ступень, заключающаяся в обхвате средствами миеханизации нескольких смежных техзнологических операций.

Автоматизация – савокупность мероприятий технологического и ор­ганизационного плана, направленная на эффективное управление техпроцес­сом механической обработки или сборки. При этом управлению подверга­ются режимы обработки, точность обработки, время выполнения операций и т.д., а обьектом управления является сам техпроцесс.

Комплексная автоматизация – высшая степень автоматизации, при ко­торой обьектом является не только техпроцесс, но и часть производственного процесса (испытания изделия, консервация, упаковка, транспортировка и т.д.).

Основным направлением современного развития автоматизации яв­ляется создание так называемых ГПС. В зависимости от степени автоматиза­ции процессы обработки деталей, да и само оборудованое подразделяют на две большие группы:

1 – Автоматизированные процессы – то есть такие процессы, которые управляются частично с использованием человека – оператора.

2 – Автоматические процессы – производимые без участия человека в качестве управляющего элемента.

 

 

2. Автоматы и полуавтоматы. Понятие о рабочем цикле. Автоматичес­кий рабочий цикл. Симметричный и асимметричный циклы, их применение.

 

В зависимости от степени автоматизации оборудования различают:

1 – Полуавтоматы – для их характерно применение ручной загрузки деталей на станок и использование полеавтоматического цикла работы (т.е. для повторения каждого рабочего цикла необходимо вмешательство опера­тора.

2 – Автоматы – для них характерна автозагрузка деталей и они реали­зуют автоматический цикл работы.

Рабочий цикл – отрезок времени, необходимый для срабатывания данного автомата, либо промышленного робата и т.д. при выполнении задан­ной программы. В простейшем случае он состоит из суммы времени на ос­новные технологические переходы, а также на вспомогательные перемеще­ния (инструмент относительно детали). Это так называемое неперекрывае­мое время.

Т_ц = t _o(м) + t _в, (1)

 

где t _o(м) – основное (или машинное) время работы машины. Оно за­трачивается непосредственно на обработку детали, т.е. на изменение её раз­меров, формы и состояния поверхности.

t _в – вспомогательное (неперекрываемое)время, т.е. время когда обработка не производится. (Подвод инструмента к детали, установка детали на станке).

Схема рабочего цикла – характерристика рабочего цикла, она показы­вает порядок перемещения инструмента, характер перемещения (м/мин), а также величину этого перемещения (мм) при работе в автоматическом и по­луавтоматическом режиме.

Существует 4 схемы рабочих циклов:

 

1 – Асимметричный рабочий цикл. Интрумент выполняет следующие

 

этапы:

РП БП

 

БО

 

Рисунок 1 – Асимметричный рабочий цикл в применении для операции сверления

 

Быстрый подвод. В этом случае сверло подходит к детали не касаясь её.

Рабочая подача.

 

РП = L + L₁ + L₂ (2)

 

Ускоренный возврат инструмента в исходное положение (быстрый отвод).

 

БО = РП + БП (3)

 

На рисунке 1 представлена схема обработки сверлением.

На схеме обозначено:

L – глубина обработки (толшина детали);

L1 – недобег инструмента, исключающий касания инструментом де­тали на ускореной подаче;

L2 – недобег, назначаемый для устранения возможных заусенцев на детали.

L1, L2 назначаются конструктивно в пределах 3-4 мм.

Указанный рабочий цикл находит наибольшее применение для таких операций как сверление, развёртывание, зенкерование и т.д.

 

2– Симметричный рабочий цикл.

 

Цикл характерен для нарезания резьбы, причём перед началом медленного отвода предусматривается реверс вращения инструмента.

Примечание: схемы рабочих циклов позволяют перейти к определению времени выполнения данных переходов, зная величину подачи и величину перемещений. Рабочее перемещение назначается из техпроцесса. а само время выполнения переходов используется для расчёта времени рабочего цикла, а также в последствии для расчёта производительности станка.

 

РП = 20 БП = 20

 

 

МО =20 БО = 20

 

 

 

3 – Упрощеный рабочий цикл. Применяется в случаях, когда инст­румент удаётся расположить в непосредственной близости от конца детали.

 

 

РП = …

 

 

БО = …

 

 

4 – Сложный рабочий цикл. Применяется при сверлении глу­боких отверстий с периодическим отводом стружки за счёт перио­дического отвода сверла.

 

 

РП₁ = БП =

 

БО₁ =

 

РП₂ =

 

БО₂ =

 

РП₃ =

 

БО₃ =

 

 

3. Эффективность автоматизации. Цель и задачи. Современное состо­яние и направление развития автоматизации.

 

Эффективность автоматизации заключается в следующем:

I – Повышается производительность механической обработки и сборки за счёт сокращения основного времени, а в большей степени – вспо­могательного.

II – Отмечается снижение трудоёмкости обработки деталей.

III – Повышается качество и однородность продукции, за счёт исключения субъективного фактора (влияния самого человека).

IV – Сокращаются занимаемые производственные площади за счёт сокращения проходов между станками и более полного использования объема здания (пространство между станками и над ними) (верхний транспорт).

V– Снижается себестоимость продукции за счёт зарплаты высвобо­ждающихся рабочих.

VI – Улучшаются условия труда, исключаются из техпроцесса утомительные и однообразные операции ранее выполнявшиеся в ручную.

 

Все выше перечисленные факторы являются целью мероприятий по автоматизации. К задачам автоматизации дополнительно относятся: автома­тизация транспортирования деталей, их контроль, складирование и т.п.

В настоящее время в машиностроении автоматизация получила наи­большее распространение прежде всего в крупносерийном и массовом произ­водстве (автомобиле- тракторостроение и т.д.). Последнее можно объяснить: относительной простотой оборудования, практически неизменной конструк­цией деталей и постоянством применяемой оснастки и инструмента.

В значительной степени отстаёт автоматизация мелко- и среднесерий­ного производства в следствие его особенностей. Индивидуальное или еди­ничное производство вообще не является на сегодняшний день объектом ав­томатизации. Значительные сложности при автоматизации представляет сбо­рочное производство, а именно:

I – непостоянство формы и размеров деталей поступающих на сборку (уплотнения и т.д.);

II – Чрезвычайно большое разнообразие деталей, входящих в изделие, это диктует необходимость проектирования большого числа устройств и ро­ботов.

III – Требуется очень высокая точность ориентации деталей перед их соединением.

IV – Недостаточная производительность существующих видов оборудования, которое неможет конкурировать с рабочим-сборщиком.

Современное производство большей частью (75 – 80%) является се­рийным производством. На процесс автоматизации в этих условиях влияют следующие факторы:

А – частая сменяемость деталей и конструкций изделия;

Б – постоянно сокращаются сроки выпуска этих деталей с одновре­менным увеличением номенклатуры.

Номенклатура - Количество типоразмеров деталей, проходящих через данную автоматическую линию.

В – Постоянно увеличивающиеся требования по точности деталей и качеству их обработки;

Г – Очень малая доля основного технологического времени в общем производственном цикле производства данной детали.

 

Рисунок 2 – Диаграмма распределения времени обработки деталей

 

 

Т1 – время всего производственного цикла получения деталей;

Т2 = Т1 ∙ 0, 05 – среднее время нахождения детали на станке. Осталь­ное время расходуется на ожидание деталью очереди на обработку, транс­портировку, контроль и т.п. вспомогательные операции;

Т3 = Т2 / 3 – время непосредственно затрачиваемое на обработку де­тали, т.е. на изменение размеров и формы поверхностей, их взаимного распо­ложения и их механических свойств. Остальное время идёт на загрузку и раз­грузку детали на станок, на контроль без снятия детали со станка, на время управления станком и т.д.

Вывод: в современном производстве обьектом автоматизации могут служить не только основные технологические операции, но и все перечис­ленные вспомогательные операции. Причина – время Т3 уже предельно со­кращено и большого выигрыша при сокращении времени не даёт.

 

4. Пути повышения производительности труда в серийном производс­тве, особенности его автоматизации. Актуальность разработки ГПС, тре­бования, предъявляемые к ним со стороны техпроцесса.

 

Основным направлением автоматизации серийного производства яв­ляется создание ГПС. Их особенность в том, что это системы.состоящие из основного технологического оборудования и комплекта вспомогательного оборудования, а также переналаживемой оснастки, обьединённое общей сис­темой управления и предназначенное для получения деталей заданной но­менклатуры в заданном обьёме выпуска в заданные сроки и требуемого каче­ства. Среди ГПС выделяют две разновидности:

1 – ГАЛ – несколько единиц технологического оборудования (стан­ков) расположенных и связанных между собой транспортными устройствами строго в порядке выполнения операций.

+ Относительная простота конструкции таких линий.

+ Применяется переналадка станков на различные детали, что обеспе­чивает «гибкость» данной линии.

– Нет возможности изменить порядок обработки деталей на станках (низкая «маршрутная гибкость»)

 

Заготовка

Ст.№1

Ст.№2

Ст.№n

 

 

2 – ГАУ – в этом случае станки расположены произвольно к мар­шруту обработки детали.

 

Ст. №1

Ст.№ n

Ст.№2

….

 

 

Общая транспортная система участка

 

(+) Возможность изменить порядок использования оборудования (вы­сокая «маршрутная гибкость»). Этим достигается наиболее полная загрузка оборудования, а критерием выбора маршрута является минимальная перена­ладка станка.

(–) Большая занимаемая площадь (из – за)транспортных систем).

(–) Более сложные и дорогие транспортные средства (устройства).

В основе применяемого технологического оборудования для ГПС ле­жат станки с ЧПУ и промышленные роботы. Существуют более простые раз­новидности ГПС:

ГПМ – гибкий производственный модуль – одна единица технологи­ческого оборудования (многоцелевой станок), оснащённая устройством за­грузки и разгрузки деталей (промышленный робот), и имеется накопитель для заготовок (не большой ёмкости), комплект режущего инструмента (рас­положенный в магазине станка), необходимая оснастка (приспособления), контрольно-измерительные механизмы и устройства, устройства диагно­стики самого оборудования, общая единая система управления.

РТК – роботизированный технологический комплекс – одна единица промышленного робота, выполняющего основную технологическую опера­цию (сборка, сварка, зачистка и др. операции по виду инструмента), для этого он дополнительно оснащается: питателем заготовок, приспособлениями, за­хватным устройством, дополнительно ориентирующими механизмами, тре­буемым инструментом, общей системой управления (для этих функций чаще всего используют дополнительные «технологические» каналы системы управления роботом).