Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

351

Еще одним источником и составной частью современной теории на-

дежности стала теория производительности, разработанная первоначаль-

но применительно к отдельным машинам-автоматам, а затем к автомати-

ческим линиям. Одно из основных положений теории – производитель-

ность – определяется не только быстродействием, но и простоями по тех-

ническим причинам, что явилось ключевым во взаимосвязи надежности и

выходными параметрами производственного оборудования; однако рабо-

ты по теории производительности практически не затрагивали физиче-

ской сущности возникновения отказов [25, 26].

Таким образом, до настоящего времени все три источника формиро-

вания теории надежности машин и их систем развиваются как бы парал-

лельно. Общую теорию надежности машин еще предстоит создать, исхо-

дя из главного критерия – экономической эффективности новой техники.

В любых конструкциях и технологических процессах (ТП) рабочих

машин или систем заложены определенные потенциальные возможности

производительности, качества продукции, экономической эффективно-

сти, которые реализуются при эксплуатации в конкретных условиях про-

изводства. Надежность рабочих машин должна рассматриваться не как

самоцель, а как степень реализации возможностей выпуска продукции,

заложенных в ТП и конструкциях машин, как мера потерь производи-

тельности машин и производительности труда.

Высокая надежность – это проблема оптимального проектирования

и высокоэффективного использования машин-автоматов и автоматиче-

ских линий. Повышение надежности следует решать во взаимосвязи с

другими путями увеличения производительности, например дифферен-

циацией и концентрацией операций ТП, интенсификацией режимов об-

работки, улучшением организации обслуживания, повышением квалифи-

кации обслуживающего персонала и т.д.

Поэтому необходимо на основе анализа сущности явлений функ-

ционирования и их математического описания способствовать созданию

высокопроизводительных и высокоэффективных рабочих машин, улуч-

шая методы их расчета, проектирования и эксплуатации. Есть два пути

реализации этого:

1) анализ причинных связей и зависимостей, формулировка принци-

пиальных выводов и закономерностей, их математическое описание, т.е.

определение физической сущности явлений, связанных с надежностью,

что позволяет формировать научное и инженерное мировоззрение и соз-

давать предпосылки для разработки машин с более высокими ТЭП;

Д2. СТАНОВЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

352

2) разработка инженерных методов, которые дают возможность не-

посредственно решать на более высоком уровне конкретные задачи рас-

чета, проектирования и эксплуатации рабочих машин с обеспечением

высокой надежности, производительности, эффективности.

Первая задача решается, прежде всего, в рамках теории функциони-

рования, конечной целью которой является разработка математических

зависимостей показателей надежности от технологических, конструктив-

ных, структурных и эксплуатационных показателей машин, а также

внешних воздействий. Разработка таких зависимостей ввиду сложности и

многофакторности явлений надежности представляет значительные

трудности, поэтому в настоящее время количественные показатели на-

дежности оцениваются статистическим путем, с обобщением в виде ма-

тематических моделей отказов и восстановлений.

Таким образом, важнейшая задача фундаментальной теории произ-

водительности и надежности состоит в разработке математических моде-

лей взаимосвязи показателей надежности, с одной стороны, – с опреде-

ляющими параметрами работы машин, с другой – с их целевой функцией

(производительностью, качеством изделий, экономической эффективно-

стью).

Прикладные задачи теории надежности связаны с выбором таких

конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров ма-

шин, которые обеспечили бы высокие ТЭП машин с учетом надежности в

работе.

Подобная постановка задач справедлива для любых рабочих машин:

станков, автоматов, автоматических линий, однако их актуальность для

различных видов оборудования весьма разная.

Проблему надежности справедливо называют "проблемой номер

один" именно автоматизированного производства, так как для автоматов

и автоматических линий требования к показателям надежности особенно

высоки, а фактические значения зачастую низкие. Проблему надежности

универсальных станков часто сводят к проблеме износа и долговечности

механизмов и сопряжений: направляющих, шпиндельного узла, зубчатых

передач и др.

Для автоматов и автоматических линий все эти вопросы еще более

актуальны, учитывая более высокую интенсивность работы, конструк-

тивную сложность и т.д. Однако здесь на первый план выступают задачи

расчета и проектирования машин и систем машин в целом, потому что

без обеспечения первоначально высокого уровня надежности (что для

универсальных станков подразумевается) изучение процессов дальней-

шей потери работоспособности теряет научный и инженерный смысл.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

353

Одна из важнейших прикладных задач теории надежности автома-

тов и автоматических линий – выбор принципиальных и конструктивных

схем механизмов, устройств и аппаратуры управления. Сравнивая между

собой характеристики надежности различных вариантов, можно выбрать

наиболее надежный из них; сопоставляя фактическую надежность луч-

шего из известных вариантов с требуемым уровнем, удается оценить его

степень пригодности для данной автоматической линии и перспектив-

ность для последующих проектных решений.

Аналогичным образом можно оценивать надежность принципиально

новых механизмов и устройств по результатам их лабораторных и произ-

водственных испытаний. К этой задаче относится прогнозирование уров-

ня надежности проектируемых автоматических линий при принятых тех-

нологических, конструктивных, компоновочных и структурных решениях.

Важнейшей задачей проектирования автоматических линий является

выбор их оптимальной структуры. Любая технологическая система ма-

шин последовательного или последовательно-параллельного действия с

выбранным маршрутом и режимами обработки, числом рабочих позиций

и т.д. может быть скомпонована по различным структурным вариантам –

от поточной несинхронной линии до автоматической линии с жесткой

связью (см. гл. 6). Чем хуже надежность конструктивных элементов, из

которых комплектуется система машин, тем на большее число участков

или самостоятельных автоматических линий необходимо ее расчленять.

Теория надежности автоматических линий позволяет решать такие

задачи эксплуатации автоматических линий, как выбор наивыгоднейшего

числа наладчиков для обслуживания автоматических линий, рациональ-

ной системы смены инструмента (планово-предупредительной или теку-

щей), расчет резервов повышения производительности действующих ав-

томатических линий и т.д.

Методы теории надежности, накопленный опыт решения частных

задач выбора тех или иных параметров машин по критериям высокой

надежности дают возможность

перейти к решению задач комплексного

оптимального проектирования систем машин.

Д2. СТАНОВЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

354

Д3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ.

СОСТАВЛЕНИЕ ЦИКЛОГРАММ

Теxнoлoгичecкий процесс (ТП) разрабатывают на этапе техническо-

го предложения. Итогом является определение степени дифференциации

и концентрации операций, числа рабочих позиций q

и его варьирования

(

maxmin

qqq

≤≤ ) длительности рабочих ходов на каждой из рабочих по-

зиций. Это позволяет перейти к выбору структурно-компоновочного ре-

шения линии и программированию ее работы.

Циклограмма как итог программирования служит исходным доку-

ментом для разработки системы автоматического управления, кинемати-

ческой, пневмогидравлической схем и т.д., что выполняется на этапе эс-

кизного проекта.

Рассмотрим некоторые особенности технологии обработки деталей

на автоматических линиях [9].

1. Требования к материалам. К заготовкам, подлежащим обработ-

ке на автоматических линиях, предъявляются повышенные требования в

отношении стабильности размеров и качества материала. Для обработки

с высокой степенью точности колебания твердости заготовок должны

быть уменьшены по сравнению с действующими стандартами. Также

необходимо ограничить колебания величины припуска на поверхностях,

подлежащих обработке. При больших колебаниях снижается точность

обработки и уменьшается стойкость режущих инструментов.

Для улучшения условий транспортирования нельзя допускать зна-

чительных колебаний габаритных размеров заготовок, так как они могут

заклиниваться или перекашиваться на транспортере.

Наличие на поверхностях отливок, подлежащих обработке, местных

повышений твердости, раковин и т.д. может привести к поломкам режу-

щих инструментов.

Особое внимание следует обращать на качество стальных литых за-

готовок, так как уровень литейной технологии их получения иногда не-

достаточно высок.

2. Базирование деталей. Детали на линии могут транспортировать-

ся непосредственно или с использованием приспособлений-спутников.

Выбор метода транспортирования зависит от формы, размеров и точно-

сти положения поверхностей заготовки.

Непосредственное транспортирование возможно при наличии у де-

талей поверхностей, обеспечивающих ее устойчивое положение при

транспортировании. Кроме того, необходимо, чтобы погрешность бази-

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

355

рования детали на каждой позиции не выходила за пределы, обеспечи-

вающие заданную точность обработки.

При транспортировании с помощью шаговых транспортеров (см.

рис. 6.7) обязательно наличие опорной поверхности, боковых плоскостей

и поверхностей, в которые должны упираться собачки. Все эти поверхно-

сти следует точно связывать с базовыми поверхностями. Иногда для

обеспечения возможности непосредственного транспортирования на за-

готовках создают вспомогательные базы.

Указанные требования значительно изменяются, если для транспор-

тирования используются транспортеры-перекладчики. В этом случае

иногда отпадает необходимость в наличии боковых и торцовых поверх-

ностей, точно связанных с базовыми поверхностями.

В качестве баз в корпусных деталях удобно использовать плоскость

и два отверстия в ней. Часто применяется базирование по двум взаимно-

перпендикулярным плоскостям и одному отверстию.

У заготовок, не имеющих обработанных базовых поверхностей, в

качестве баз для выполнения первых операций могут служить наиболее

ответственные поверхности, которые в дальнейшем будут обрабатываться.

Следует иметь в виду, что в ряде случаев нельзя обрабатывать дета-

ли на всех станках автоматической линии, используя одни и те же базы.

В этом случае нужна смена баз, которая необходима вследствие невоз-

можности или неудобства обработки каких-либо поверхностей на перво-

начальных базах из-за интенсивного износа в результате многократного

использования. Выбор того или иного приема смены баз определяется

исходя из конкретных условий и требуемой точности обработки.

К приспособлениям-спутникам прибегают в тех случаях, когда дета-

ли не имеют поверхностей, которые могли бы обеспечить устойчивое

положение детали при транспортировании. Использование приспособле-

ний-спутников способствует уменьшению погрешности базирования и

износа благодаря применению базовых планок и втулок из закаленной

легированной стали.

Иногда встречаются недостаточно жесткие детали. Обработка таких

деталей не может идти без подводимых опор. В этом случае также ис-

пользуются приспособления-спутники.

Существует несколько способов базирование деталей в приспособ-

лениях-спутниках:

– по плоскости и двум отверстиям;

– по плоскости, центральному отверстию или цилиндрической на-

ружной поверхности и выступу, отверстию или выемке для ориентации в

Д3.ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

356

угловом положении с использованием самоцентрирующих механизмов

или без них;

– по плоскости и контуру бобышек также с применением самоцен-

трирующих механизмов или без них.

Выбор маршрута обработки. При разработке ТП обработки следу-

ет соблюдать следующие правила:

1) максимально использовать принцип возможных совмещений опе-

раций путем совмещения работы отдельных рабочих органов (суппортов,

агрегатных головок, силовых столов и т.д.);

2) в первую очередь осуществляют наиболее тяжелые обдирочные

операции. Чистовую обработку поверхностей, к которым предъявляются

повышенные требования в отношении точности, выполнять возможно

ближе к концу автоматической линии, что обеспечивает охлаждение де-

тали после черновых переходов, предотвращает возможную деформацию

точной поверхности и позволяет устранять следы механических повреж-

дений на плоскостях, по которым деталь перемещается в процессе транс-

портирования;

3) по схеме ТП обработки следует проверять перемещение рабочих

агрегатов линии, чтобы они не мешали взаимному движению в процессе

обработки. Имея схему обработки и рабочий чертеж детали, можно пе-

рейти к определению продолжительности как рабочих, так и холостых

ходов и времени подачи команд на включение-выключение охлаждения,

срабатывание магазина и т.д.

Разработка ТП включает в себя выбор методов и маршрута обработ-

ки, технологических режимов и комплекта инструмента, с заполнением

технологических карт.

Выбор методов обработки. При составлении ТП для обеспечения

требуемых точности и шероховатости поверхностей необходимо знать

технологические возможности используемых методов обработки. На-

пример, точность, получаемая при обработке поверхностей на автомати-

ческих линиях, в значительной степени зависит от компоновки фрезер-

ных станков. Точность расположения координат отверстий при сверле-

нии, зенкеровании и развертывании во многом определяется диаметром

обрабатываемого отверстия.

Составление маршрутной технологии ведут последовательно в

три этапа:

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

357

1) для каждой поверхности выбирают методы обработки и в зависи-

мости от требуемых точности и шероховатости поверхности устанавли-

вают нужное число переходов. Кроме того, для обработки каждой по-

верхности назначают базовые поверхности. На этом же этапе предвари-

тельно выбирают максимально допустимые режимы резания (подача и

скорость резания), определяют основное технологическое время и наме-

чают контрольные операции, подлежащие включению в линию;

2) определяют последовательность выполнения всех переходов. При

составлении этой последовательности необходимо стремиться детали под

черновую обработку плоскостей и крупных отверстий располагать в на-

чале автоматической линии, а чистовую обработку по возможности осу-

ществлять в конце линии. Иногда даже целесообразно выносить некото-

рые черновые переходы на отдельную автоматическую линию. Между

черновой и чистовой обработками наиболее точных поверхностей нужно

обрабатывать поверхности, к которым не предъявляется повышенных

требований по точности. Нарезание резьбы лучше выносить на отдель-

ный участок. Это объясняется применением специфических смазочно-

охлаждающих жидкостей, загрязняющих деталь.

Кроме основных технологических переходов необходимо преду-

сматривать вспомогательные переходы для очистки деталей от стружки и

соответствующие контрольные переходы;

3) группируют переходы по станкам и шпиндельным коробкам.

Кроме того, уточняют режимы резания. При группировании переходов

необходимо стремиться к тому, чтобы число станков было минимальным,

причем надо учитывать, что совмещать черновую и чистовую операции

на одном станке нежелательно.

При уточнении режимов резания следует иметь в виду, что их окон-

чательный выбор может быть проведен только после составления цикло-

граммы линии и расчета коэффициента технического использования.

Пример. Разработать ТП обработки корпусной детали, показанной на

рис. Д3.1.

При обработке детали необходимо выполнить следующие переходы: свер-

ление нескольких крепежных отверстий с последующим нарезанием в них резь-

бы, обработку точных отверстий и растачивание отверстия диаметром 90 А

На первом этапе заполняют технологическую карту (частично приведена в

табл. Д3-1). В нее заносят эскизы обрабатываемых поверхностей детали с обозна-

чением номеров отверстий, которые предстоит обработать (рис. Д3.1). После это-

го для каждой плоскости в зависимости от требований точности назначают мето-

ды обработки, число переходов, межоперационные припуски и допуски.

Д3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

358

Рис. Д3.1. Схемы обработки плоскостей детали на автоматической линии:

I – IV – плоскости, на которых проводится обработка

При определении перемещений инструментов необходимо учитывать гео-

метрические параметры инструмента, расстояния от плоскостей со стороны входа

и выхода инструмента до базы и величину гарантированного зазора, которые

влияют на величину врезания и выхода инструмента. Гарантированный зазор для

гидравлических силовых головок следует принимать равным 2…4 мм, для элек-

тромеханических 3…5 мм.

В карту также заносят предварительно назначенные максимальные режимы

резания: скорость резания, подачу и скорость вращения шпинделя – и определяют

для каждого перехода основное технологическое время.

После того как технологическая карта целиком заполнена, все переходы не-

обходимо сгруппировать по станкам.

Для обработки детали со стороны плоскости I можно все переходы выпол-

нить на трех рабочих позициях, но отверстие 107 нельзя сверлить совместно с

отверстиями 106 и 111, так как расстояние между ними мало (30 мм).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

359

Д3-1. Технологическая карта

Отверстие

Номер плоскости

(см. рис. Д3.1)

Эскиз (вид на плоскость

с номерами отверстий)

Номер

Число

Переход Диаметр, мм

Допуски на

координаты от баз,

мм

Сверление 12

+0,1

±0,15

103…104 3

Зенкерование 12,7

+0,07

±0,08

Сверление 8,5

Снятие фасок 10,5

104…111 8

Нарезание

резьбы

М10 (2-й кл.

точности)

±0,2

Сверление 10,5 201…208 2

Нарезание

резьбы

М12 (3-й кл.

точности)

±0,25

Сверление 8,5

±0,2

Снятие фасок 10,5

202…207 6

Нарезание

резьбы

М10 (2-й кл.

точности)

–

Сверление 10,5

Снятие фасок 12,5

±0,2

301, 302,

304…306

Нарезание

резьбы

М12 (2-й кл.

точности)

–

Сверление 12

+0,1

±0,15

Зенкерование 12,7

+0,07

±0,08

Снятие фасок 14 –

303, 307 2

Развертыва-

ние

+0,018

±0,05

III

308 1 Растачивание:

черновое

чистовое

+0,230

±0,15

0,8

Сверление 8,5

±0,2

Снятие фасок 10,5

401…404 4

Нарезание

резьбы

М10 (2-й кл.

точности)

–

Д3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

360

Окончательно можно остановиться на таком варианте: отверстие 107 обра-

ботать в два перехода. Сверление и снятие фаски комбинированным инструмен-

том провести на второй рабочей позиции, а нарезание резьбы совместно с други-

ми отверстиями – на третьей рабочей позиции.

Деталь со стороны плоскости II можно обрабатывать по следующему

маршруту (см. рис. Д3.1):

1) сверлить два отверстия (201 и 208) диаметром 10,5 мм и шесть отверстий

(202…207) диаметром 8,5 мм;

2) нарезать резьбу М12 в двух отверстиях (201 и 208), снять фаску в шести

отверстиях (202…207) диаметром 10,5 мм;

3) нарезать резьбу М10 в шести отверстиях (202…207).

При составлении маршрутной технологии обработки необходимо по воз-

можности все резьбонарезные операции сосредоточить в одном участке линии,

желательно на одном станке.

Учитывая анализ переходов, нужных для обработки отверстий со стороны

плоскости III, можно составить следующий маршрут:

1) сверлить пять отверстий (301, 302, 304…306) диаметром 10,5 мм и два

отверстия (303 и 307) диаметром 11 мм; расточить предварительно отверстие 308

диаметром 88 мм;

2) снять фаску в пяти отверстиях (301, 302, 304…306) диаметром 12,5 мм;

зенкеровать два отверстия (303 и 307) диаметром 12,7 мм;

3) нарезать резьбу М12 в пяти отверстиях (301, 302, 304…306) и снять в них

фаски; снять фаски в двух отверстиях (303, 307) диаметром 14 мм;

4) развернуть отверстия 303 и 307 диаметром 13

+0,018

; расточить оконча-

тельно отверстие 308 диаметром 90 А

Обработку детали со стороны плоскости IV можно выполнять по следую-

щему маршруту:

1) сверлить отверстия 401…404 диаметром 8,5 мм;

2) снять фаски в четырех отверстиях диаметром 10,5 мм; нарезать резьбу

М10 в четырех отверстиях.

После составления технологической схемы автоматической линии необхо-

димо откорректировать режимы резания в соответствии с заданной производи-

тельностью и группированием по шпиндельным коробкам.

Необходимое время для обработки по лимитирующей операции в составе

рабочего цикла можно определить по формуле

125,08,0)000150()603950()Ф(

х иср

=−⋅=−η= tNt мин,

где Ф – годовой фонд рабочего времени автоматической линии при двухсменной

работе (Ф = 3950 ч); N – годовая программа; η

ис

– коэффициент использования;

– время холостых ходов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ