Комплект лекций

1.1 Лекции 3 курс

ЛЕКЦИЯ 1

1Введение

1.1 Цели и задачи дисциплины

1.2 Основные определения и понятия

1.3 Основные характеристики производственного процесса

1.4 Виды связей в интегрированном производстве

2 Автоматизация производственного процесса

2.1 Автоматическая сборка

2.2 Методы точности сборки

 

1.1 Цели и задачи дисциплины

С давних времен основная деятельность человека направлена на то, чтобы создать больше материальных ценностей с меньшими затратами. Но обеспечить общество необходимыми товарами в достаточном количестве и требуемого качества можно только в условиях высокоразвитого производства с широким применением средств механизации и автоматизации.

Механизация – это полная или частичная замена ручного труда машинным, но функции управления при этом остаются за человеком. Под ручным понимается труд, когда привод осуществляется мускульной силой.

Автоматизация - это более высокий уровень механизации, при которой управление возложено на специальные устройства и системы. За человеком остается наблюдение, наладка и ремонт. Различают малую и комплексную автоматизацию. При малой автоматизации основные операции технологического процесса выполняются автоматически, а остальные вручную.

Внедрение автоматизации в производство позволяет повысить производительность труда, улучшить качество изготавливаемой продукции, снизить себестоимость изделий, освободить человека от нудного и монотонного труда, защитить его от вредных и опасных условий работы.

При переходе к рыночным отношениям на одно из ведущих мест выступает требование гибкости производства, под которой понимается способность предприятия быстро перейти на выпуск другой продукции.

Таким образом наименее гибким является массовое производство, а наибольшей гибкостью обладает мелкосерийное. Одним из путей повышения гибкости массового производства и уровня автоматизации мелкосерийного производства является внедрение на предприятиях станков с числовым программным управлением и промышленных роботов. Однако это оборудование весьма дорогостоящее и не всегда дает ожидаемый результат от его применения. Поэтому проведение мероприятий по внедрению средств автоматизации должно быть технически и экономически обосновано.

Довольно часто поступающему новому оборудованию не соответствует уровень подготовки кадров, что приводит к неоправданным потерям материальных и финансовых ресурсов. Поэтому намечая внедрение новой техники предприятие должно позаботиться и о кадровом обеспечении проводимых мероприятий.

1.2 Основные определения и понятия

Механизацией производственного процесса называют применение энергии неживой природы в производственном процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, и осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства.

Автоматизацией производственного процесса называют применение энергии неживой природы в производственном процессе или его составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей.

Различают 3 уровня автоматизации:

1-частичная-ограничивается автоматизацией отдельных операций тех. процесса (станки с ЧПУ)

2- комплексная- автоматизация произв. процессов изготовления и сборки с использованием автоматических линий, ГПС.

3- полная- все функции изготовления и контроля автоматизированы.

Автомат – самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющих по заданной программе без непосредственного участия человека в процессе получения, преобразования, передачи и использования энергии материалов и информации.

Последовательность выполняемых автоматом запрограммированных действий называют рабочим циклом. Если для возобновления рабочего цикла требуется вмешательство рабочего, то такое устройство называют полуавтоматом.

Процесс, оборудование или производство, не требующие присутствия человека в течение определенного промежутка времени для выполнения ряда повторяющихся рабочих циклов, называют автоматическим. Если часть процесса выполняется автоматически, а другая часть требует присутствия оператора, то такой процесс называют автоматизированным.

Преимущества автоматически управляемых производственных систем:

-высокое быстродействие;

-производительность оборудования;

-стабильное качество управления процессами;

-высокое качество продукции;

-экономный расход материалов и энергии;

-стабильный ритм работы, возможность длительной работы, без утомляемости, в виду отсутствия человека

 

1.3 Основные характеристики производственного процесса

Производственный процесс можно характеризовать большим количеством технико-экономических характеристик. В числе самых важных характеристик можно выделить: вид и количество производимой продукции, качество, производительность, гибкость, степень автоматизации,

Вид продукции характеризуется ее назначением, конструкцией, техническими характеристиками, показателями качества. Количество выпускаемой продукции определяется объемом ее выпуска в год и серией – количеством изделий, выпускаемых по неизменным чертежам. Качество производственного процесса характеризуется обеспечиваемой точностью размеров выпускаемых деталей (поверхности, материал).

Производительность- число выпускаемых изделий в единицу времени, при полной загрузке оборудования.

Степень автоматизации - отношение времени автоматической работы к рассматриваемому времени.

 

Цикловая степень автоматизации – отношение времени автоматической работы t_a в течение цикла к полному времени цикла t_ц:

К_ц = t_a / t_ц (1)

 

Рабочая степень автоматизации – отношение доли штучного времени автоматической работы ко всему штучному времени:

К_р= t_a / t_шт (2)

Эксплуатационная степень автоматизации – отношение суммы времени автоматической работы в течение расчетного периода времени к расчетному периоду времени эксплуатации t_э:

 

К_а = t_a / t_э (3)

Уровень автоматизации зависит от типа производства. Так наиболее высокий уровень автоматизации в массовом производстве. Это связано с тем, что в массовом производстве номенклатура выпускаемых изделий не меняется в течение ряда лет и высокопроизводительные станки-автоматы работают с большой эффективностью. В мелкосерийном и единичном производстве заказ на выпуск различных изделий меняется часто, а станки-автоматы практически не поддаются переналадке на выпуск других деталей. Поэтому в мелкосерийном производстве применяются универсальные станки общего назначения и уровень автоматизации в таком производстве не высок.

Внедрение автоматизации в производство позволяет повысить производительность труда, улучшить качество изготавливаемой продукции, снизить себестоимость изделий, освободить человека от нудного и монотонного труда, защитить его от вредных и опасных условий работы.

Гибкость- способность к переналадке, адаптации к изменяющимся требованиям или условиям производства (переналадка станка, сроки изготовления и т.д.)

Эффективность производственного процесса - степень уменьшения затрат на производство изделия относительно некоего среднего уровня, повышается минимизацией затрат на производство и зависит от уровня, гибкости, степени автоматизации производства.

1.4 Виды связей в производстве.

Автоматизация производства заключается в автоматизации предметных и информационных потоков. Автоматизация предметных потоков осуществляется с применением автоматических транспортных систем, автоматических складов и накопителей, устройств автоматической загрузки и выгрузки станков, автоматического технологического оборудования: станков, промышленных роботов, сборочных и других машин. Автоматизация информационных потоков осуществляется установкой различных автоматических измерительных средств: устройств активного контроля размеров и свойств деталей, контактных- головок, координатно-измерительных машин, устройств отсчета перемещений, путевых выключателей и различных других датчиков, необходимых для получения нужной информации. Для автоматической передачи информации используют различные каналы связи; проводные, светоколонные, оптические, индуктивные, акустические, электромагнитные. Информацию можно передавать и механическим путем на различных носителях: перфолентах, перфокартах, магнитных дисках, штриховых кодовых этикетках и др. Для автоматического преобразования и использования информации применяют ЭВМ, устройства ЧПУ, программируемые контроллеры, различные устройства ввода и вывода информации и другие средства.

 

При автоматизации действующего производства необходимо:

во-первых, выявить, проанализировать потоки предметов и информации, информационные связи в единую систему и реализовать их с помощью аппарат необходимым образом их изменить или организовать другие потоки;

во-вторых, выбрать из числа имеющихся или спроектировать и изготовить новые средства автоматического обеспечения требуемых потоков;

в-третьих, обеспечить функционирование и взаимодействие предметных и информационных потоков в автоматизированном производстве.

Организация предметных и информационных потоков осуществляется в пространстве и во времени. Заготовки, изделия, инструменты и их положение в пространстве характеризуются размерами, которые изменяются стечением времени. Поэтому в производственном процессе необходимо рассматривать, по меньшей мере, взаимодействия размеров, времени и информации. Достижения требуемого качества изделий машиностроения связано с преобразованием размеров и свойств материалов, которое осуществляется в пространстве и во времени. Размеры заготовок целенаправленно преобразуют в ходе технологических процессов в размеры изделий, которые должны быть получены в пределах установленных допусков. На каждой операции технологического процесса размеры детали образуются благодаря взаимосвязи размеров режущего инструмента, станка, приспособления. Размеры в изделии между исполнительными поверхностями образуются в результате сборки благодаря взаимодействию размеров составляющих деталей. Установка заготовок, инструментов, других перемещаемых объектов должна осуществляться в определенном месте производственного участка с требуемой точностью для достижения необходимого результата. Все эти процессы описываются размерными связями, под которыми понимают взаимообусловленность, взаимозависимость отдельных размеров, характеризующихся номинальными значениями и допустимыми отклонениями.

Каждый процесс протекает во времени и характеризуется длительностью. Начало следующей операции обусловлено окончанием предыдущей. Для выполнения задания к требуемому сроку осуществляются планирование и согласование многих процессов во времени. Определение необходимого числа станков, инструментов, транспортных средств, требует расчетов затрат времени и фондов времени. Для осуществления производственного процесса в автоматическом режиме необходимо соединить размерные, временные и информаци­онные связи в единую систему и реализовать их с помощью аппаратных и программных средств.

 

2 Автоматизация производственного процесса

2.1 Автоматическая сборка.

Автоматическая сборка представляет собой соединение деталей в сборочные единицы и машину в целом.

Соединение деталей осуществляется такой их установкой, при которой основные базы присоединяемой детали совпадали со вспомогательными базами базирующей детали.

Но кроме сборки изделий, в производстве осуществляют сборочные процессы: сборку режущих инструментов, приспособлений, другой технологической оснастки. Установка заготовок на столы станков, в приспособления, на спутники, в кассеты, на конвейер или транспортную тележку, в ячейку склада; установка режущих инструментов на транспортные средства, в приспособления, инструментальные магазины многоцелевых станков, шпиндели, патроны, держатели; захват заготовки, детали или инструмента манипулятором или промышленным роботом; установка спутников с заготовками, магазинов, кассет на станки, транспортные средства, контрольное или другое оборудование, в ячейку склада; стыковка транспортных тележек со стеллажами, накопителями и другими устройствами при доставке заготовок, спутников, кассет и т. д.; установка мерительного или сборочного инструмента.

Все процессы связаны с ориентацией объектов и совмещением основных и вспомогательных баз объектов, например заготовки и стола станка, инструмента и шпинделя и т. д. Погрешность совмещения баз должна находиться в пределах допуска. Соединение должно обладать необходимыми жесткостью и прочностью. Аналогия перечисленных выше процессов при сборке и обработке позволяет использовать единые методы расчета для устройств, автоматизирующих эти процессы.

Автоматическую сборку можно разделить на ряд последовательных этапов: подача предварительно ориентированных деталей в рабочую зону сборочного автомата; ориентирование присоединяемой детали относительно базовой; присоединение и закрепление детали; освобождение рабочей зоны сборочного автомата от собранной сборочной единицы.

Собранная сборочная единица должна быть удалена из рабочей зоны сборочного автомата, чтобы освободить место для следующих деталей. Из рассмотренных четырех этапов автоматической сборки первый и четвертый этапы являются транспортными.

 

2.2 Методы точности сборки

Различают пять методов достижения точности (МДТ) замыкающих звеньев размерных цепей:

1 полная взаимозаменяемость (ПВ),

2 неполная взаимозаменяемость (НВ),

3 групповая взаимозаменяемость (ГВ),

4 регулирование <Р>,

5 пригонка (П).

Кроме того, могут быть использованы различные комбинации этих методов. Рассмотрим возможности и особенности использования каждого из пяти методов достижения точности замыкающих звеньев в конструкторских размерных цепях при автоматической сборке изделий.

1 метод

Структурная схема автоматической сборки методом ПВ показана на рисунке 1 Сборочный автомат (СА), осуществляющий сборку двух деталей Д₁ и Д₂, которые поступают на его вход, обеспечивает получение сборочной единицы СЕ. Гарантированное обеспечение требуемого размера замыкающего звена при полной взаимозаменяемости позволяет отказаться от контроля замыкающего звена, получающегося в результате сборки. Это особенно важно в тех случаях, когда трудно автоматизировать контроль получающегося при сборке размера в сборочной единице. При ПВ достаточно контролировать размеры деталей, подаваемых на сборку. В процессе сборки методом НВ для достижения требуемого размера замыкающего звена не требуется никакой дополнительной информации и связанных с этим дополнительных сложностей по ее получению и автоматическому использования. Метод НВ отличается от всех других, методов достижения точности, требующих получения и использования дополнительной информации в ходе реализации сборочного процесса. Относительная простота организации и управления сборочными процессами при использовании метода НВ объясняет его широкую распространенность для достижения точности размеров в автоматическом производстве. Единственный недостаток метода НВ — необходимость более высокой точности изготовления составляющих звеньев, чем при любом другом методе достижения точности. Поэтому относительная простота автоматизации сборки методом НВ требует, как правило, высокой точности изготовления деталей, входящих я сборочную единицу.

 

Рисунок 1 – Структурная схема автоматической сборки

Автоматическое сборочное оборудование, работающее при использовании этого метода, характеризуется простотой и компактностью. Однако стремление предельно удешевить сборку и автоматическое сборочное оборудование использованием ПВ приводит в ряде случаев к значительному повышению точности, а следовательно, и себестоимости изготовления составляющих деталей, что не всегда окупается снижением затрат на сборку.

2 метод

При использовании метода НВ не у всех собранных сборочныхединиц гарантируется получение замыкающего звена в требуемых допусках. Поскольку заранее не известно, в каком именно изделии требуемый размер замыкающего звена не обеспечивается, то замыкающее звено размерной цепи, образующееся при сборке, необходимо контролировать в каждой сборочной единице. Поэтому приходится осуществлять 100 %-ныя контроль изделий. Это усложняет и удорожает сборку методом НВ, так как необходимо предусмотреть дополнительную контрольную позицию в сборочной автоматической линии в сборочном автомате. Вместе с темпри использовании метода НВ допуски на составляющие звенья размерной цепи,
т.е. на изготовление деталей, увеличиваются при той же точности замыкающего звена по сравнению с допусками при использовании метода НВ в среднем в т - раз, где т — число составляющих звеньев, при 0,27 %-ном риске и нормальных законах распределения размеров. Поэтому чем больше
составляющих звеньев в размерной цепи, тем выгоднее использовать метод НВ по сравнению с методом НВ, Структурная схема сборочного автомата,
реализующего сборку методом НВ, показана на рисунке 2 Детали Д₁ и Д₂
собираются в сборочном автомате СА. Все СЕ должны пройти контрольный
автомат КА и часть СЕ, попавших в процент риска, будет отбракована. Эти СЕ должны быть разобраны разбирающим автоматом РА, составлявшие детали возвращены для повторной сборки в другом сочетании.

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Структурная схема сборочного автомата

Использование метода НВ требует дополнительного оснащения сборочного автомата контрольной позицией и блокирующим устройством, требует разборки изделий, не соответствующих требованиям точности их количество соответствует проценту риска и средств возврата деталей на сборку. Для осуществления сборки требуется дополнительная информация, которая может быть получена не заранее, а только лишь в процессе сборки или по завершении сборки. Эта информация должна быть получена с помощью соответствующих датчиков, преобразована для автоматического анализа и выдачи управляющего воздействия, а также использована для осуществления автоматической сборки методом НВ. Наличие процента риска, необходимость получения и использования в ходе сборки дополнительной информации требует дополнительных затрат времени на сборку, что снижает её производительность. Вместе с тем увеличение в несколько раз допусков размеров составляющих звеньев, т.е. допусков на изготовление собираемых деталей, и, следовательно, их удешевление может в ряде случаев окупить дополнительные затраты на автоматическую сборку изделия методом неполной взаимозаменяемости.

 

 

 

Рисунок 2 - Схематично сборка двух деталей методом ГВ

3 метод

Схематично сборка двух деталей методом ГВ показана на рисунке 3. При автоматической сборке методом ТВ детали должны быть предварительно рассортированы по размерам на группы сортировочными автоматами С. Далее детали Д₁ и Д₂первой размерной группы собираются сборочным автоматом СА. Аналогично собираются детали других размерных групп.

На схеме для простоты показаны два сборочных автомата, каждый из которых собирает детали одной размерной группы. Так может быть только при соответствующем большом объеме выпуска изделий. Если же для достижения требуемой производительности достаточно одного автомата, то детали разных размерных групп собираются на одном автомате по очереди. В этом случае необходимо обеспечить одновременную подачу на сборочную позицию собираемых деталей какой-либо одной размерной группы. В пределах одной размерной группы достижение точности изготовления изделий осуществляется методом НВ, Поэтому в собранных изделиях гарантируется достижениетребуемого размера замыкающего звена и дополнительный контроль не требуется. При сборке методом ТВ составляющих сборочную единицу деталей сортируют на n размерных групп.

Для хранения и подачи на сборку необходимо m накопителей. Некоторые детали клеймят или маркируют, чтобы при сборке их не перепутать с такими же деталями другой размерной группы. Это усложняет организацию сборки. Предварительная сортировка собираемых деталей на размерные группы требует получения информации о размерах всех деталей путем их измерения.

4 метод

По сравнению с методом НВ метод ТВ так же как и другие методы, требует увеличения информации для осуществления сборки. Для этого необходимы дополнительные устройства и дополнительные затраты времени. Вместе с тем допуски на составляющие звенья расширяются в π раз и при ТВ.

Достижение требуемой точности замыкающего звена регулированием размера в автоматической сборке можетосуществляться с использованием подвижного или неподвижного компенсатора. При регулировании необходимо получать информацию в процессе сборки и организовать обратную связь. Примером использования метода регулирования в автоматической сборке может быть автоматическая сборка подшипников. Размеры шариков, поступающих на сборку, измеряются в контрольно-сортировочном автомате КСА, и шарики сортируются по размерам на 50 размерных групп через 2 мкм. Применение метода регулирования в автоматическом производстве связано с необходимостью автоматического измерения размеров, обработки полученной информации и использования се для регулирования механизма или процесса. Использование ЭВМ, контактных головок, активного контроля размеров, адаптивного управления свидетельствует о переходе от метода полной взаимозаменяемости на метод автоматического регулирование для достижения высокой точности в условиях автоматического производства.

Таким образом, метод регулирования для достижения требуемой точности замыкающих звеньев размерных цепей характеризуется следующими общими положениями: допуски размеров составляющих звеньев могут быть установлены исходя из возможностей изготовителя и значительно большими по сравнению с допусками размеров при НВ; для регулирования размеров при сборке необходимо наличие информации о получаемых присборке размерах, т.е. наличие обратной связи; регулированием можно обеспечить высокую точность размера замыкающего звена независимо от допусков размеров, с которыми изготовлены составляющие звенья. Подвижный компенсатор в сборочной единице должен быть реализован в виде винтовых, клиновых и других устройств, позволяющих регулировать, размеры.

5 метод Достижение требуемой точности замыкающего звена размерной цепи пригонкой состоит в удалении необходимого слоя материала с детали, являющейся компенсатором, для компенсации отклонений размеров всех составляющих звеньев. Этот метод похож на метод регулирования с неподвижным компенсатором. Разница лишь в том, что компенсатор не изготовлен заранее с определенными размерами как при методе регулирования, а имеет необходимый припуск, который частично или полностью уделяется при сборке для достижения требуемой точности замыкающего звена. Пригонка так же, как и регулировка, позволяет обеспечить высокую точность размера замыкающего звена даже при большом числе составляющих звеньев. В отличие от метода регулирования метод пригонки требует обработки компенсатора.

Каждый из перечисленных пяти- методов имеет преимущества, недостатки и области наиболее эффективного использования. Критерием выбора метода является минимум суммы всех затрат на изготовление составляющих звеньев и сборку.

 

Список используемой литературы:

1 Капустин Н.М., Дьяконова Н.П., Кузнецов П.М. Автоматизация машиностроения. -М.: Высшая школа. 2003 -223с.

2 Терган В.С, Андреев И.Б., Либерман Б.С. Основы автоматизации производства. –М.: Машиностроение. 1982 -272с.