Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

361

При сравнении необхо-

димого рабочего времени с

рабочим временем наиболее

продолжительного перехода

(см. табл. Д3-1) можно сделать

вывод, что предварительно вы-

бранные режимы обработки

могут быть снижены, а детали

можно обрабатывать в один

поток.

Проработка маршрутной

технологии с определением

числа позиций и выполняемыми

операциями позволяет перейти

к выбору структурно-компоно-

вочного варианта линии. При-

веденную на рис. Д3.1 деталь

целесообразно обрабатывать на

сблокированной линии из агре-

гатных станков. Вариант плани-

ровки приведен на рис. Д3.2.

Детали 12 шаговым транс-

портером 13 перемещаются по

мере обработки через рабочие

позиции. В обработке участву-

ют следующие станки:

– двусторонний горизон-

тальный 18-шпиндельный свер-

лильный с силовыми головками

1 и 11;

– двусторонний горизон-

тальный 17-шпиндельный свер-

лильный с головками 2 и 10;

– двусторонний двухпо-

зиционный горизонтальный

23-шпиндельный сверлильно-

расточный с головками 3 и 9;

– односторонний горизон-

тальный разверточно-расточный

с силовой головкой 8;

– двусторонний горизон-

тальный девятишпиндельный

резьбонарезной с головками 4 и 7;

– двусторонний горизонтальный 16-шпиндельный резьбонарезной с голов-

ками 5 и 6.

Д3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Рис. Д3.2. Вариант планировки

проектируемой автоматической линии:

I – IV – номера обрабатываемых плоскостей

по рис. Д3.1; 101…108 – номера

обрабатываемых отверстий; 1…11 – номера

силовых головок; 12 – обрабатываемые детали

на транспортере; 13 – шаговый транспортер

с основанием (центральные станины);

14 и 15 – поворотные столы; 16 – позиция

выдачи обработанных деталей

362

Деталь в процессе обра-

ботки при прохождении по

рабочим позициям линии два-

жды поворачивается на 180°

поворотными столами 14 и 15

и выдается на позицию 16.

После составления общей пла-

нировки автоматической ли-

нии необходимо составить на

каждый станок линии схему

обработки. При ее составлении

нужно учитывать особенности

составления технологии обра-

ботки, а также руководство-

ваться технологической схе-

мой линии.

На рис. Д3.3 приведена

схема обработки детали левой

агрегатной головкой (см. рис.

Д3.2) двустороннего горизон-

тального 18-шпиндельного

сверлильного станка. На схеме

показаны все переходы, кото-

рые выполняются на станке.

Инструменты даны в масштабе

с указанием размеров и конеч-

ного положения.

Для каждой силовой головки рассчитывается цикл ее работы с указанием

длины быстрого подвода (БП), рабочей подачи (РП) и быстрого отвода (БО). Не-

обходимо определить также длину дополнительного отвода (ДО), требующегося

для смены инструмента.

При БО надо учитывать возможность появления рисок на обработанной де-

тали, остающихся при БО инструментов. Если они недопустимы, то перед отво-

дом инструмента следует отводить его в поперечном направлении.

Программирование работы линии начинается с составления общей

циклограммы, которая дает графическое изображение скоординированной

работы всех функциональных механизмов и устройств.

Для составления общей циклограммы необходимо первоначально

определить для всех рабочих органов величины, координаты и длитель-

ность всех перемещений. Нужно тщательно проанализировать работу

всех механизмов линии для того, чтобы более правильно выбрать после-

довательность движений механизмов. От этого зависит производитель-

ность линии. В циклограмме отражают перемещения всех механизмов,

причем эти перемещения показывают в масштабе времени.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

Рис. Д3.3. Схема к расчету перемещений

инструментов при обработке

силовой головкой

363

Все движения механизмов можно разделить на совмещенные и не-

совмещенные. Сумма несовмещенных движений составляет один цикл

работы линии.

При составлении циклограммы необходимо стремиться уменьшить

время и количество несовмещенных движений. Уменьшить время цикла

можно путем частичного совмещения несовмещенных движений, а также

путем сокращения длины хода и увеличения скорости перемещения ме-

ханизмов. Циклограмма работы участка по рис. Д3.2 приведена на

рис. Д3.4.

Рис. Д3.4. Циклограмма автоматической линии из сблокированных станков

Как видно, она идентична циклограммам других видов машин по-

следовательного действия, например токарного автомата по обработке

колец подшипников и автомата изготовления тарелочек осветительных

приборов (см. гл. 1).

Д3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

364

Д4. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

ПРОЕКТИРУЕМЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Расчет ожидаемых показателей производительности и надежности

линии после выбора ее основных параметров должен ответить на вопрос,

будет ли проектируемая линия обеспечивать заданную производствен-

ную программу выпуска изделий.

Производительность автоматических линий определяется длитель-

ностью их рабочего цикла и величиной внецикловых потерь. Согласно

формуле, производительность линии

∑∑

=η=

оргс

хр

иса.л

111

ВВ

ttТ

где

∑

В и

∑

орг

В – собственные и организационно-технические вне-

цикловые потери линии; Т – рабочий цикл; η

ис

– коэффициент использо-

вания автоматической линии.

На ранних этапах проектирования (техническое предложение) зада-

чей является выбор структурно-компоновочного варианта до конструк-

тивной разработки. Поэтому расчеты производительности неизбежно

имеют укрупненный характер. Величина рабочего цикла Т определяется

расчетом в первом приближении, значения коэффициента использования

принимаются типовыми, например η

ис

= 0,70…0,75.

На завершающих этапах проектирования все конструктивные реше-

ния уже приняты, номенклатура механизмов и инструментов определена

полностью. Это дает возможность выполнять уточненные расчеты с це-

лью определить, сможет ли линия обеспечить производственную про-

грамму выпуска изделий.

Так как длительность рабочего цикла Т в проекте является расчет-

ной величиной, то ожидаемая фактическая производительность линии

определяется оценкой ее коэффициента использования. При достаточно

полной загрузке линии (η

загр

→ 1) ее производительность зависит прежде

всего от ее надежности в работе.

Для того чтобы автоматическая линия смогла обеспечить заданную

по техническому заданию производительность, необходимо на стадии

проектирования хотя бы в первом приближении оценить, какую надеж-

ность в работе будет иметь создаваемая автоматическая линия.

Судя по обобщенной формуле производительности, суммарные соб-

ственные потери системы автоматической линии зависят, с одной сторо-

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

365

ны, от надежности встроенного оборудования (станков, транспортных

систем), с другой – от структурной схемы линии, вида межагрегатной

связи (жесткой, гибкой и т.д.).

В свою очередь, надежность подсистем (станков, встроенных в ли-

нию, транспортных механизмов и др.) определяется надежность тех эле-

ментов, из которых они скомпонованы. Таким образом, для прогнозиро-

вания производительности и надежности проектируемых автоматических

линий необходимо установить ожидаемую величину показателей надеж-

ности:

– элементов: механизмов, устройств, инструментов, аппаратуры

управления (ω

, Θ

);

– подсистем – встроенных станков, потери которых складываются из

суммы потерь всех элементов (B

);

– линии в целом

( )

∑

)]1(1[ =−∆+=

∑

где В – средние потери одного станка, встроенного в линию; q – число

станков в линии; n

– число участков, на которые разделена линия; ∆ –

коэффициент межучасткового положения потерь; w – коэффициент воз-

растания потерь из-за неполной их компенсации накопителями.

Блок-схема последовательности выполнения расчетов показателей

надежности проектируемых автоматических линий на завершающих эта-

пах проектирования приведена на рис. Д4.1. Как видно, на первом этапе

расчета определяются внецикловые потери (см. гл. 3):

– из-за отказов механизмов и устройств цикличного 1 и непрерывно-

го 2 действий;

– из-за текущей замены 3 инструмента и его регулирования 4, а так-

же аварийной замены при поломках, потере размерной точности 5;

– из-за технического обслуживания 6;

– из-зa переналадок на изготовление другой продукции 7.

Все потери приводятся к единой форме исчисления (В – простои на

единицу чистого проработанного времени) и суммируются:

= B

об

+ B

ин

+ B

т.о

+ B

пер

Далее учитываются структурные характеристики линии (q и n

), от-

сюда находится ожидаемая величина коэффициента технического ис-

пользования линии (η

а.л

Д4. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

366

Рис. Д4.1. Блок-схема расчета показателей надежности проектируемых

автоматических линий:

и ω

– интенсивности потока отказов механизмов и устройств циклического и

непрерывного действия; Θ

срi

и Θ

– среднее время восстановления

работоспособности механизмов и устройств циклического и непрерывного

действия; t

пi

– внецикловые потери на единицу продукции; B

– внецикловые

потери на единицу отработанного времени; n

– число однотипных механизмов и

инструментов; B

об

– суммарные потери по оборудованию;

С,С

′′′

– внецикловые потери по инструментам (замена, регулирование,

аварийная замена); B

ин

– суммарные потери по инструменту; B

т.о

– потери по

техническому обслуживанию; Θ

пер

– среднее время переналадки; z – средний

размер партии между переналадками; B

пер

– потери по переналадке;

– суммарные собственные внецикловые потери

Достоинство результатов зависит в первую очередь от достоверно-

сти прогнозируемых значений безотказности (ω

) и ремонтопригодности

(Θ

ср i

) конструктивных элементов, из которых комплектуется автоматиче-

ская линия.

Источниками такой информации являются:

– лабораторные (стендовые) испытания;

– производственные исследования работоспособности (см. гл. 10).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

367

Обоим видам присущи достоинства и недостатки. Стендовые испы-

тания проводятся в условиях активного эксперимента с широким варьи-

рованием значений определяющих параметров. Однако при этом не уда-

ется воспроизвести комплекс воздействий, характерный для эксплуата-

ции. Например, в реальных условиях эксплуатации автоматических ли-

ний обработки тел вращения наименее надежны механизмы автоматиче-

ской загрузки и объема изделий – манипуляторы.

Основными причинами их отказов являются такие циклически дей-

ствующие факторы, как забивание рабочей зоны стружкой, нестабиль-

ность размеров заготовок, величин перемещений механизмов, а также

монотонно действующие факторы – изнашивание сопряжений. При ис-

пытании манипуляторов на стенде вне станка, без стружки и без реаль-

ных заготовок в течение значительного периода времени манипулятор

может вообще не иметь отказов в работе, пока не начнет проявляться

влияние износа, для чего необходим длительный период работы.

Для манипулятора истинные показатели надежности можно выявить

лишь при наличии всего комплекса внешних воздействий, которые пред-

полагают и наличие взаимодействующих механизмов:

– механизмов зажима, поворота и фиксации блока;

– суппортов;

– распределительного вала;

– инструментальной оснастки и т.д.

Таким образом, чтобы получить достоверные данные о надежности

одного элемента машины (например, манипулятора), необходимо, по су-

ществу, испытывать всю машину.

Несколько более благоприятны условия стендовых испытаний аппа-

ратуры управления: электрических, гидравлических, пневматических

устройств. Здесь проще имитировать как рабочие параметры (ток, напря-

жение, давление и их перепады), так и спектр внешних воздействий (тем-

пературу, влажность, запыленность окружающей среды и т.д.).

Одной из важнейших проблем эффективности стендовых испытаний

является получение максимального объема информации о надежности за

минимальный отрезок времени.

Ускорение в условиях активного эксперимента испытаний механиз-

мов, устройств и аппаратуры (метод ускоренных испытаний) позволяет

обеспечивать следующие факторы.

1. Повышение интенсивности срабатывания элементов по сравне-

нию с реальными условиями.

Так, механизмы зажима и фиксации в линиях из агрегатных станков

срабатывают через 1…2 мин, хотя время срабатывания составляет не-

Д4. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

368

сколько секунд. При стендовых испытаниях частоту срабатывания можно

повысить во много раз без изменения собственных параметров работы

механизма.

Кроме того, может быть увеличен фонд времени работы по сравне-

нию с производственными условиями (круглосуточные испытания, осо-

бенно по показателям долговечности), сокращены до минимума органи-

зационные простои.

2. Ужесточение режимов работы (скоростей обработки, температур,

и т.д.), однако в определенных пределах, чтобы сохранить физическую

природу отказов; необходимо учитывать, что изменение условий работы

может вызвать нелинейное изменение значений показателей надежности.

Ускоренные стендовые испытания нашли широкое применение при

исследовании работоспособности кинематических пар и сопряжений,

элементов электрической, электронной, гидравлической, пневматической

аппаратуры, режущих инструментов и т.д.

Основным источником информации об ожидаемой надежности уз-

лов, механизмом и устройств машин в целом является обобщение ре-

зультатов эксплуатационных исследований действующих автоматиче-

ских линий в производственных условиях.

Достоинством производственных испытаний на надежность являет-

ся прежде всего реальность полученных характеристик надежности, оп-

ределяемых всем спектром внешних воздействий, который никогда не

может быть воспроизведен в полной мере в лабораториях. Накоплению

объема информации способствует одновременное наблюдение за работой

большого количества однотипных элементов, что позволяет исключить

влияние нестабильности условий их изготовления, монтажа, наладки,

обслуживания.

Однако производственные исследования работоспособности дейст-

вующих автоматических линий проводятся в ходе пассивного экспери-

мента, без варьирования значений определяющих параметров. Серьезным

недостатком является большой интервал времени между проектировани-

ем линии и получением достоверной информации о надежности конст-

руктивных, технологических и эксплуатационных решений, заложенных

в ней.

На проектирование, изготовление, монтаж и отладку, пуск и освое-

ние автоматической линии, стабилизацию ее работы уходит обычно не-

сколько лет. Если к этому добавить длительность производственных ис-

пытаний, обработки и систематизации полученной информации о надеж-

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ

369

ности, то часто оказывается, что в новых линиях, которые должны к это-

му времени проектироваться, будут использованы уже другие, более со-

временные конструктивные элементы, т.е. информация о надежности

морально устаревает.

Особенно это относится к элементам современных систем автома-

тического управления станками автоматических линий, которые непре-

рывно совершенствуются на основе развития приборостроения, автома-

тики и электроники (реле, пускатели, переключатели, логические элемен-

ты, трансформаторы, конечные выключатели и др.).

Поэтому для получения достоверных исходных данных при расчете

ожидаемой надежности проектируемых систем необходимо сочетание

информации, полученной методами стендовых и производственных ис-

пытаний.

Очевидно, чем выше технологическая и конструкторская новизна

проектируемых автоматических линий, тем менее достоверные результа-

ты дают опытно-статистические методы расчета ожидаемой надежности,

тем больше необходимый объем стендовых испытаний элементов, меха-

низмов и устройств, в первую очередь технологических механизмов, ме-

ханизмов ориентации, загрузки и съема изделий и т.д.

Наиболее достоверными будут расчеты ожидаемых показателей на-

дежности, если станки и автоматические линии компоновать в основном

из нормализованных элементов, механизмов и узлов, которые имеют дос-

таточно стабильную конструкцию, выпускаются в массовом количестве,

применяются в системах различного технологического назначения.

Здесь нет необ-

ходимости расчле-

нять, например, сило-

вую агрегатную го-

ловку на элементы

типа подшипников,

зубчатых колес, кла-

панов, дросселей, ци-

линдров, конечных

выключателей, а целе-

сообразно определить

статистическим путем

надежность всей го-

ловки как единой

системы. То же самое

Д4. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

Рис. Д4.2. Диаграмма распределения значений

коэффициентов технического использования

агрегатных станков, встраиваемых

в автоматические линии

370

относится к транспортерам, поворотным столам, контрольным устройст-

вам и агрегатным станкам. Данные по их ожидаемой надежности тем бо-

лее достоверны, поскольку основываются на очень обширном статисти-

ческом материале, так как однотипные конструкции широко распростра-

нены.

На рис. Д4.2 показана диаграмма распределения значений коэффи-

циентов технического использования η

ис

агрегатных станков, встроенных

в различные автоматические линии. При определении η

ис

каждого станка

учтены потери двух агрегатных головок (по механизмам и инструменту),

приспособления (механизм зажима и фиксации) и потери шагового

транспортера, отнесенные к одной позиции.

Диаграмма свидетельствует, что, несмотря на разнообразие техноло-

гического назначения и режимов работы, надежность агрегатных станков

стабильно группируется в достаточно узких пределах. Средний коэффи-

циент использования одного агрегатного станка, встраиваемого в линию,

согласно данным диаграммы, равен 0,97, что и можно принимать за ос-

нову при укрупненных расчетах ожидаемой надежности (В = 0,03;

ис

= 0,97).

Для линий, которые не удается компоновать на основе типовых уз-

лов, приходится прибегать к поэлементным расчетам (см. рис. Д4.1).

Наиболее обширная статистическая и экспериментальная информа-

ция накоплена по отношению к инструментальной оснастке благодаря

многочисленным стойкостным испытаниям. К тому же для основных

типов инструментов время замены (без регулирования) является стати-

стически устойчивой величиной (табл. Д4-1).

Д4-1. Типовая длительность замен и регулирования

Время замены, мин

Инструмент

при наличии

кондукторной

плиты

без

кондукторной

плиты

Время

подналадки,

мин

Спиральное сверло –

Метчик

1,0 0,2

0,5

Зенкер 1,5 0,3 1,0

Чистовой резец 2,0 1,5 1,5

Торцовая фреза 6,0 2,0

Дисковая, консольная фреза

–

– 5,0

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ