Арегатирование оборудования по изготовлению деталей газовой аппаратуры

Разработка метода расчета параметрических рядов унифицированных (агрегатных) узлов и элементов ТСМ с оптимальными технологическими характеристиками, в первую очередь силовых узлов, транспортных и контрольных устройств, роботов и манипуляторов. Несоответствие параметров узлов требованиям технологических процессов увеличивает габаритные размеры, массу, стоимость станков, затраты энергии на обработку, ухудшает условия обслуживания, снижает технико-экономическую эффективность автоматизации.

Разработка эффективных методов эксплуатации машин-
автоматов и станочных систем, которые обеспечивают в производственных условиях получение показателей производительности, надежности, ритмичности работы оборудования, качества изделий и экономической эффективности автоматизации, соответствующих их расчетным значениям.

Несмотря на разнохарактерность перечисленных трех задач, необходим единый методический подход к их решению. Особенностью разработанных методов является то, что объект оптимизации рассматривается как вероятностная система, эффективность которой определяется комплексом управляемых параметров. Задача оптимизации сводится к выбору, т. е. к управлению на стадии проектирования параметрами, таким образом, чтобы обеспечить экстремальное значение критерия оптимальности с учетом принятых ограничений [2].

Такой подход позволяет использовать в технологии машиностроения математический аппарат теории управления случайными процессами, а сами задачи решать с учетом реальных производственных условий, т. е. на основе вероятностных закономерностей протекания технологических процессов.

Таким образом, в теории проектирования агрегатного оборудования с оптимальными по концентрации операций параметрами эта проблема должна рассматриваться как проблема многопараметрического синтеза агрегатированных технологических систем машин и решаться на вероятностной основе как задача дискретная, комплексная, включая синтез параметров узлов, схем автоматов и автоматизированных систем, способов их обслуживания.

Рассмотрим задачу оптимизационного синтеза технологических систем машин, компонуемых из агрегатных элементов, для условий массового изготовления деталей и сборки изделий.

Наиболее ответственным этапом проектирования ТСМ является разработка технического задания и технического предложения, когда должен быть спроектирован технологический процесс и выбран структурно-компоновочный вариант ТСМ, как основа дальнейшего процесса проектирования. Именно на этой стадии дополнительные затраты времени и средств на обоснование принимаемых технологических, структурно-компоновочных и конструктивных решений позволяют существенно снизить стоимость средств автоматизации и повысить экономическую эффективность их применения. Так, проведенными исследованиями выявлено, по крайней мере, 8 инженерно-реальных варианта процесса сборки пробкового крана, бытовых газовых плит, отличающиеся применяемым оборудованием, степенью концентрации операций, технологическими решениями, а следовательно, и технико-экономическими показателями.

Таким образом, для различных групп деталей при разных программах их выпуска существуют свои оптимальные варианты структуры процесса, которые не могут быть реализованы только на серийно выпускаемых станках, например на одношпиндельных автоматах, получивших наибольшее применение при создании гибких участков и линий. Необходимо также станочное оборудование с ЧПУ, способное реализовать варианты технологических процессов с более высокой концентрацией технологических переходов, чем у одношпиндельных автоматов, т. е. во многих случаях необходима не только многошпиндельная (многоинструментная), но и многопозиционная обработка на гибких автоматических линиях (ГАЛ) или переналаживаемых (ПАЛ) с накопителями деталей между позициями или без них.

Следовательно, при большом многообразии технологических задач обеспечить высокую экономическую эффективность обработки деталей можно только при одном условии, а именно при компоновке технологического оборудования для различных типов производства (от мелкосерийного до массового) из рационально ограниченных комплектов унифицированных узлов, т. е. по агрегатно-модульному принципу.

Применение агрегатно-модульного принципа создания станочного, сборочного и другого оборудования позволяет:

проектировать гибкие высокопроизводительные автоматические
линии (ГАЛ) и гибкие автоматические участки (ГАУ) для реализации
оптимальных технологических процессов, а не подгонять процессы под
возможности уже имеющегося оборудования (например, ОЦ);

существенно сократить время и трудоемкость проектирования и
изготовления АЛ, так как появляется возможность использования
готовых агрегатов и модулей;

расширять производственные возможности модульной системы
путем ее постоянного наращивания на ранее разработанной базе;

повышать надежность работы модульной системы в целом, путем предварительной отработки конструкции модулей и наиболее полного их соответствия выполняемой технологической задаче;

улучшать условия эксплуатации и ремонтопригодность создаваемых модульных систем путем уменьшения разнообразия модулей и их элементов;

снижать стоимость модулей путем серийного и крупносерийного производства их унифицированных узлов и отдельных элементов.

Технологическое проектирование систем агрегатного оборудования можно разбить на этапы проектирования и сбора необходимой информации, в виде таблицы представленной [3] на 2 листе графической части дипломной работы.

3.2 Оптимальное агрегатирование станочных систем для массового производства

Для условий массового производства задачу агрегатирования станочных систем можно сформулировать так: разработать метод синтеза структурно-компоновочных схем технологических систем, позволяющий при минимальном количестве исходных данных найти необходимую совокупность технически целесообразных вариантов и их направленным отбором выбрать тот, который обеспечивает заданное чертежом качество деталей и программу выпуска с наилучшими экономическими показателями. Разработанный метод основан на комбинированном, пошаговом способе решения задачи. Расчет по каждому шагу ведется на основании критерия, который учитывает главные параметры процесса, характеризующие степень концентрации элементарных операций каждого варианта станочной системы, т.е. приведенных затрат на обработку готовой программы деталей и экономический эффект по каждому виду оборудования. Рассмотрим задачу оптимизации структуры процесса, и выбора структурно-компоновочных схем при заданных методах обработки поверхностей детали. Для любой заданной детали множество вариантов схем станков можно разделить на несколько подмножеств-классов: однопозиционные станки автоматы G1, многопозиционные обрабатывающие центры G2, агрегатные станки (лини из агрегатных станков) G3. На первом шагу выбирают класс схем с оптимальным значением критерия Gj, где будет продолжаться поиск. Для этого в каждом из трех классов разрабатывается вариант с максимальной (обычно параллельно-последовательной) концентрацией операций, который характеризуется минимальным числом станков для полной обработки детали. Принимается при расчетах коэффициент технического использования системы Кт.и.=1, т. е. 100%-ная надежность оборудования. Заработную плату рабочих вычисляем по минимальному значению трудоемкости детали (три f-max). Определение трудоемкости и расчет затрат на применение трех видов применяемого оборудования приведен в 5 разделе - экономическая часть. По нижней оценке одного представителя класса исключается из рассмотрения весь класс схем. Из рассматриваемых на первом шагу классов остается для дальнейшего анализа только один класс с минимальным значением ЗIII3 (минимальной трудоемкостью обработки деталей, максимальной прибылью и наименьшим сроком окупаемости оборудования) т.е. резко сужается область поиска. Поиск оптимального варианта построения станочных систем показан на рисунке 3.1 и 3 листе графической части дипломной работы:

Рисунок 3.1 Схема направленного поиска оптимального варианта построения станочных систем

где Gш1 - экономический эффект полученный от применения станков автоматов, грн;

Gш2 - экономический эффект полученный от применения многошпиндельных обрабатывающих центров, грн;

Gш3 - экономический эффект полученный от применения агрегатных станков, грн

На втором шагу, в классе, у которого значение GIII3 оказалось максимальным выбирают перспективный подкласс, который характеризуется параллельной, последовательной или параллельно последовательной обработкой. С этой целью дополнительно к выбранному на первом шагу варианту обработки детали генерируют новый вариант построения системы из соседнего подкласса. Для выбора «перспективного» подкласса схем оценка вариантов на втором шагу (по GIII3) осуществляется с учетом надежности оборудования и инструментов, т. е. с большим приближением к реальным условиям. Учет всех основных факторов приводит к тому, что оптимальным не всегда оказывается вариант с максимальной в данном подклассе схем концентрацией операций. Разница между максимальной и оптимальной концентрацией тем больше, чем сложнее рассматриваемое оборудование и чем меньше программа выпуска деталей.

Важной особенностью метода, гарантирующей оптимальное решение, является то, что для принятия окончательного решения необходим возврат к результатам предыдущих расчетов, т. е. сравнение полученного на втором шагу значения GIII3 с оценками Gj для рассмотренных вариантов на двух предыдущих шагах. Если GШ3<Gj, то выбранный вариант оптимален; если же GШ3>Gj, то необходимо развивать вариант GШ3, на каждом последующем шагу сравнивая его оценку с Gj - рисунок 3.1.

Таким образом, пошаговый метод оптимизации требует разработки -минимально возможного числа вариантов структуры процесса и схем станочных систем, точной оценки двух -- трех вариантов только на последнем шагу, т. е. с наименьшей трудоемкостью на самой ранней стадии проектирования можно выбрать наилучшее решение. Использование разработанного метода способствует быстрому накоплению и обобщению опыта предыдущих решений, что в дальнейшем сокращает область поиска (в ряде случаев он может быть сведен к поиску детали-прототипа с соответствующей программой выпуска).

Проектирование схем агрегатных станков и станочных систем в процессе направленного поиска оптимального решения осуществляется на основе разработанного метода генерирования вариантов технологического процесса и классификации схем станочных систем по степени концентрации операций. В соответствии с этой классификацией представленной на 4 листе графической части дипломной работы, структурные схемы станочного оборудования разделены на три класса. Класс К1 -- станки для обработки деталей в одной позиции; класс К2-- станки или линии с жесткой связью для многопозиционной обработки деталей; класс К3 -- станочные системы из многопозиционных станков или участков автоматических линий, объединенных гибкой связью. Каждый класс схем включает в себя три подкласса: станки или станочные линии для последовательной (Пс), параллельной (Пр) и параллельно-последовательной (ПсПр) обработки. Иерархия построения классификации такова, что каждый последующий класс может включать в себя схемы любого из трех предыдущих подклассов [2].

Модификация схем указанных подклассов предусматривает наряду с обработкой одной детали в каждой позиции одновременную обработку нескольких одинаковых или разных деталей, а также последовательную обработку разных деталей. При таком построении классификационная таблица систематизирует по признаку концентрации операций не только существующие, но и возможные, еще нереализованные схемы агрегатного оборудования.

Первичной информацией для разработки вариантов структур процесса и технологических схем станочных систем служит чертеж детали и заготовки, программа выпуска, характеристики оборудования имеющегося типажа, исходный технологический маршрут обработки детали с выбранными черновыми и чистовыми базами, составленный с учетом обеспечения заданных точности и качества обработки.

Исходная информация заносится в табл. 3.1 и 3 листе графической части дипломной работы. С ее использованием, на основе заданного технологического маршрута обработки, сформированных инструментальных блоков и классификации структурных схем агрегатного оборудования осуществляется синтез схем технологических вариантов станочных систем, как это показано на рисунке 3.1 и 3 листе графической части дипломной работы, которые необходимы для поиска оптимального варианта.

Таблица 3.1 Таблица переходов механической обработки детали «пробка»

Поверхность	Режущий инструмент	Допустимые варианты определения операций	Ограничения по последовательности обработки
	1	2	3
А	Фрезерование	Сверление	Точение		____
Б	Сверление	Нарезание резьбы
В	Фрезерование				____

Разработке метода оптимизации технологических маршрутов детали и прогнозированию точности обработки с использованием выбранного маршрута, схем и компоновок станков предшествует анализ имеющихся статистических данных, характеризующих точностные возможности основных операций обработки деталей, разработка классификатора обрабатываемых поверхностей деталей-представителей.

Возможность получения одинаковых по качеству обработки результатов различными методами позволяет на основе классификаторов поверхностей и методов обработки наметить варианты технологического процесса, которые будут отличаться производительностью, структурой, схемами применяемого оборудования, экономической эффективностью.

Задачу оптимизации можно решать на основе описанного ранее метода. Преимущества такой оптимизации: задача решается за минимальное число шагов при рассмотрении минимально возможного числа вариантов. Выбор методов обработки, структуры процесса и компоновочных схем станков осуществляется взаимосвязано, т. е. на основе комплексного подхода, обеспечивающего оптимальное решение.

Формирование вариантов маршрутов обработки элементарной поверхности ведут в несколько этапов:

1) анализ чертежа детали и технических требований к ней; выделение поверхностей, подлежащих обработке; определение точности и параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей;

2) выбор методов обработки, обеспечивающих необходимые точностные и качественные параметры поверхности;

3) определение числа переходов, необходимых для полной обработки поверхности в соответствии с требованиями чертежа, и возможных методов обработки, реализующих эти переходы, формирующих геометрические параметры поверхности и обеспечивающих заданную точность обработки и шероховатость; выделение методов, показатели которых по точности обработки и шероховатости поверхности равны или близки между собой;

4) подбор инструментов, реализующих соответствующие методы обработки, с учетом точности обработки, шероховатости поверхности и возможностей формообразования поверхности;

5) составление вариантов маршрутов на основе проведенных этапов работы.

Таким образом, определяют качество и содержание вариантов маршрутов обработки элементарной поверхности. Следует отметить, что вариант маршрута содержит информацию о поверхности, методах ее обработки, последовательности их применения и обеспечиваемой точности и шероховатости. На основе классификаторов поверхностей и методов обработки, а также таблиц, содержащих данные о точности обработки и параметрах шероховатости поверхности, характеризующих применяемые методы, приступают к разработке вариантов маршрутов. Помимо общих принципов формирования вариантов маршрутов обработки элементарных поверхностей, существует ряд специфических условий и ограничений в применении того или иного метода. Ограничения вызваны прежде всего различными конструктивными особенностями обрабатываемых элементарных поверхностей, такими, как геометрические размеры, форма и взаимосвязь одной элементарной поверхности с другими.

Рассмотрим пример формирования вариантов технологического процесса механической обработки детали «пробка». Имеется достаточно большое число возможных методов с достижением одинаковых геометрических размеров и шероховатости поверхностей.

Реальный технологический процесс обладает определенными ограничениями на последовательность выполнения элементарных операций. Исходной информацией служат чертеж детали с техническими условиями на ее изготовление, программа выпуска с учетом ограничений на последовательность выполнения тех или иных элементарных операций.

Варианты технологического процесса представлены в таблице 3.2:

Таблица 3.2 Синтез технологического процесса механической обработки детали «пробка»

№ варианта	Варианты технологического процесса
1	2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

При рассмотрении технологического процесса механической обработки детали «пробка» получилось 11 вариантов последовательности переходов, выполнение которых возможно на трех видах оборудования, соответствующих массовому производству. Разница будет заключаться в том, что в первом случае все операции будут выполняться последовательно на одношпиндельных станках - автоматах, а во втором и третьем на обрабатывающих центрах и агрегатных станках.

При выборе 2 варианта как наиболее рационального по последовательности операций обработки детали «пробка» учитываем следующие факторы :

1. При обработке должны быть выдержаны условия единства баз. Поэтому при обработке детали на всех видах оборудования за базу принимается хвостовик пробки, а при обработке паза в хвостовике - коническая поверхность.

2. В процессе работы будет возникать необходимость настройки оборудования и смены инструмента, а это значит , что доступ к агрегатным головкам и инструменту закрепленному в них должен быть достаточно свободным.

3. Подаваемая на инструмент СОЖ должна достаточно хорошо охлаждать режущий инструмент и вымывать образующие в процессе обработки стружку из зоны обработки и зажимных кулачков, что облегчит установку следующих деталей с достаточной степенью точности.

4. Усилия, возникающие в процессе обработки должны быть минимальными, что обеспечит максимальную чистоту и точность обработки.

5. Поскольку установка деталей в зажимное приспособление производится манипулятором, доступ к позиции, на которой происходит установка и снятие детали должны быть по возможности свободными.

6. Последовательность операций должна быть такой, чтобы были выдержаны требования, оговоренные в таблице 3.1.

При выборе компоновки агрегатных станков для обработки детали «пробка» были учтены все эти факторы. Агрегатный станок №1 выполняет все операции за исключением точения, которые можно выполнять, закрепив деталь за хвостовик: фрезеровку паза большего пламени, сверловку отверстия малого пламени, рассверловку отверстия под резьбу М5x0.5 и нарезку самой резьбы. При этом были учтены и дополнительные требования:

1.Число позиций агрегатного станка - 6. Это позволит выполнять каждую из 4 операций, а это означает, что все операции будут совмещены по времени и нет необходимости выполнять на одной позиции две операции. От этого цикл станка не уменьшится, а усилия обработки будут минимальные.

2. При такой компоновке у рабочего будет максимально хорошая возможность следить за состоянием режущего инструмента и с наименьшей затратой сил быстро заменить его в случае необходимости.

3. Смазывающе - охлаждающая жидкость может быть свободно направлена в зону резания. Пятая, не занятая агрегатной головкой позиция используется специально для того, чтобы на ней СОЖ удалила стружку из зажимных кулачков.

4. Свободное пространство пятой и шестой позиций дает возможность свободно установить ориентирующее приспособление, манипулятор и свободно обслуживать их.

5. Последовательность операций выбрана такой, чтобы наиболее сложные операции (фрезерная), были максимально хорошо видны наладчику и при необходимости находились под его контролем. Кроме того выдерживается последовательность операций - рассверливание, после нарезка резьбы.

Всем этим требованиям удовлетворяет вариант технологического процесса №2 (таблица 3.2). Поэтому этот вариант и был принят за основу при проектировании агрегатных станков.

Последняя операция - точение выполняется на отделочно - расточном станке совместно с деталью «корпус». Установка детали и снятие производится в зажимное приспособление шпинделя вручную. После снятия со станка детали парами устанавливаются в кассету для последующей мойки, сушки и сборки.

Все варианты расчета затрат по трем видам оборудования, которые можно привлечь к обработке детали имеются в экономической части записки.

Для обеспечения максимального техника - экономического эффекта при проектировании обрабатывающих центров и агрегатных станков для обработки деталей необходимо решить комплекс научно - технических задач. Одна из основных задач - разработка метода агрегатирования, с применением наиболее эффективного уровня автоматизации, с выбором структурно - компоновочных схем механической обработки детали, обеспечивающих заданный выпуск деталей требуемого качества с наименьшими затратами на их производство. Для этой цели на 3 листе графической части дипломной работы изображена схема переходов механической обработки детали «пробка» запорного крана газовой плиты с обозначением обрабатываемых поверхностей и режущего инструмента, с помощью которых производится данная обработка. В таблице 3.2 показаны обрабатываемые поверхности детали, допустимые варианты объединения операций и ограничения по последовательности обработки.

Для выполнения операций обработки деталей «пробка» выбираем режущий инструмент, занося его в таблицу 3.3 разделяя его по поверхностям:

Таблица 3.3 Режущий инструмент для обработки детали «пробка»

Поверхность	Наименование выполняемых операций
	Инструмент	Фрезерная	Сверлильная	Резьбонарезная	Отделочно - расточная
1	2	3	4	5	6
А	Режущ. инструмент	Фреза шпоночная d=4 Р6М5 2234-0352 ГОСТ 9140-78	Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком d=4 Р6М5 2300-7560 ГОСТ 10902-77		Резец проходной специальный d=20 ВК6100-1020
	Мерительный инстр	Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ 166-89	Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ 166-89		Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ166-89
Б	Реж. инструмент		Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком d=4.5Р6М5 6300-7561 ГОСТ 10902-77	Метчик специальный М5x0.5 Р6М52600-0008
Б	Мерительный инстр.		Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ 166-89	Калибр - пробка резьбовая М5x0.5-7Н ПР ГОСТ 177-72 Калибр - пробка резьбовая М5x0.5-7Н НЕ ГОСТ 177-72 Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ 166-89
В	Режущий инструмент	Фреза прорезная d=80x2.5 Р6М5 2254-1214 ГОСТ 2679-73
	Мерительный инстр.	Штангенциркуль ШЦ-I-0-125-0.1 ГОСТ 166-89

3.3 Автоматизация сборочных работ

Автоматизация сборки изделий становится все более актуальней в последние годы. Это обусловлено повышением ее трудоемкости вследствие увеличения объема промышленной продукции и сложности изделий (в случае с пробковым краном - старый кран состоял из 6 деталей, новый - из 10, значительно более сложной формы). Одновременно повышаются требования к качеству изделий и квалификации рабочих - сборщиков.

Процесс сборки изделий включает в себя сближение, взаимное сопряжение, фиксацию и регулирование деталей и узлов, а также контроль, наладку и испытания узлов и изделий. Это сопровождается большим объемом работ по транспортированию, ориентированию, загрузке, базированию, закреплению и разгрузке деталей, узлов и изделий.

Изделия, подлежащие автоматизированной сборке, должны быть сконструированы с учетом исключения операций механической обработки при их сборке, так как это может привести к снижению надежности и производительности сборочного оборудования.

Конструкции собираемых изделий должны отвечать ряду других технологических требований в целях возможности применения прогрессивных процессов сборки и технических средств.

При автоматизации сборки следует также учитывать специфические особенности, например:

при автоматизации сборочных процессов не всегда возможно большое разнообразие видов собираемых деталей, что приводит во многих случаях к разработке узкоспециализированных сборочных автоматов и автоматических линий;

необходимость ориентации, транспортирования, позиционирования различных по конструкции, материалу и свойствам собираемых деталей с высокой точностью и скоростью, что нередко приводит к чрезмерному усложнению и удорожанию автоматического сборочного оборудования, в результате чего его применение становится экономически нецелесообразным;

большое количество элементов, входящих в одно изделие, изготовляемых в различных местах и в различные моменты времени, приводит к тому, что сборочный процесс часто нарушается из-за низкого качества поступающих элементов, материалов и неритмичности их доставки.

Для обеспечения максимального техника - экономического эффекта при автоматизации сборки каждого изделия необходимо решение комплекса научно - технических задач. Одна из основных задач - разработка метода проектирования технологичного оптимального уровня автоматизации, выбором структурно компоновочных схем сборочных машин, обеспечивающих заданный выпуск изделий требуемого качества с наименьшими затратами на их производство.

Построение сборочных машин и сборочных линий по различным структурно - компоновочным вариантам, которые могут отличаться уровнем концентрации операций, уровнем автоматизации основных и вспомогательных операций сборки, типами рабочих, транспортных подающих и других механизмов и устройств, их различным конструктивным исполнением приводит к тому, что процесс сборки одного и того же изделия может существенно отличаться своими техника - экономическими показателями. Основные из них - это трудоемкость сборки и надежность сборочного оборудования, ритмичность его работы, стоимость и занимаемая им производственная площадь, себестоимость сборки.

Генерирование вариантов процесса сборки при направленном поиске оптимального осуществляется на основе классификации процессов по степени автоматизации показанной в таблице 3.4 - уровень технического оснащения.

Таблица 3.4 Уровень технического оснащения

Уровень	Описание	Характеристика уровня	Оборудование
1	Ручные прессы	Р..Р..Р ................. Р	Верстаки, инструментальные ящики, специальные инструменты (сборка на рабочем месте)
2	Частично механизированные процессы сборки	ЧМ ЧМ Р...... Р	Конвейеры, ручной инструмент, питающийся электроэнергией. Поточные линии (выполнение работ вручную)
3	Механизированные процессы сборки	М М ЧМ .....ЧМ ЧМ	Транспортеры, ручной инструмент, питающиеся энергией, вспомогательные устройства для манипуляции инструментов и узлов (поточные линии, поточные конвейеры)
4	Частично автоматизированные процессы сборки	А АЧ АЧ .....АЧ М	Транспортные устройства, ручной инструмент с автоматизированными подводными устройствами (поточные линии с заданным тактом)
5	Автоматизированные процессы сборки	А А А А....А А	Комплексное автоматическое оборудование (в данном случае функции человека - наблюдательные, в исключительном случае он должен вкладывать детали в сложные узлы). Специальное оборудование - роторные станки и многопозиционные станки.

Все схемы в соответствии с базовой классификацией разделены на 3 класса по степени концентрации операций:

К I - оборудование для сборки в одной позиции;

К II - многопозиционное оборудование (сборочные машины с поворотными столами) с жесткой связью между позициями;

К III - сборочные системы из многопозиционных автоматов или сборочных линий гибко связанных между собой.

Каждый класс включает в себя три подкласса в зависимости от последовательной (Пс), параллельной (Пр), и параллельно - последовательной (Пс - Пр) концентрации операций сборочного процесса. Схема построения классификации такова, что каждый последующий класс может включать в себя схему любого из трех предыдущих подклассов. Кроме сборки одного изделия на каждой позиции возможна одновременная сборка нескольких одинаковых изделий [2].

В случае с пробковым краном составлена таблица 3.5 в которой занесена информация о необходимых элементарных операциях для полной сборки изделия (см. 5 лист графической части дипломной работы).

Таблица 3.5 Таблица сборочных переходов

Поверхности	Собираемые детали	Ограничения на последовательности сборки	Допустимые варианты объединения в параллельно работающих блоках
	1	2
А	Смазка	Установка		____
Б	Установка	____		____
В	Запрессовка	____	____	____
Г	Установка	____		____
Д	Завинчивание	____		____
Е	Установка	Установка		___
Ж	Завинчивание	Завинчивание

При разработке вариантов технологического процесса были рассмотрены все случаи, при которых возможна сборка пробкового крана. В вариантах учтена возможность, как последовательной сборки всех деталей, так и одновременная сборка сразу нескольких деталей на одной позиции. В результате у нас получилось 8 вариантов технологического процесса сборки пробкового кран, показаны в таблице 3.6, а на 5 листе графической части дипломной работы вынесен оптимальный вариант .

Таблица 3.6 Варианты технологического процесса сборки пробкового крана

№ п/п	Варианты технологического процесса
1
2
3
4
5
6
7
8

При выборе варианта сборки пробкового крана были учтены следующие требования:

1. В связи с тем, что 910 000 штук изделий достаточно велика, сборку разбили на элементарные сборочные операции, которые возможно выполнять на одном рабочем месте.

2. При этом были учтены ограничения в последовательности сборки, то есть, например, сначала пробка собирается с винтом малого пламени, а затем устанавливается в корпус.

3. При разделении на элементарные операции была учтена возможность наименьшего загрязнения запорных поверхностей (корпусов). Учитывая особенность сборки (селективную) и то, что детали «корпус» и «пробка» стоят в кассете парами сначала производили закручивание винта малого пламени в пробку, а затем смазывание конусной пары. В этом случае вероятность попадания стружки и мусора на смазанные поверхности минимальна. После этого «пробка» собирается с «корпусом».

4.В процессе анализа пришлось отбросить крайне привлекательные варианты с экономической точки зрения вариант с одновременным закручиванием двух винтов (Ж1;Ж2). Приспособление для завинчивания довольно сложное и тяжелое, поэтому его применяют только при разборке бракованных кранов.

С учетом всех этих требований выбираем наиболее оптимальный вариант сборки - вариант №5.

3.4 Системы управления машин и агрегатов

Автоматическая линия состоит из отдельных агрегатов и устройств. Под агрегатами понимаются как отдельные станки, так и межстаночные механизмы и устройства (транспортеры, накопители заделов, поворотные устройства и т. п.), т. е. все элементы линии, имеющие самостоятельное функциональное назначение и принимающие участие в технологическом процессе изготовления изделия.

Многие автоматические линии выполняются из типового станочного оборудования, в котором уже имеются определенные системы управления на базе упоров, реле времени с кулачками или копиров. Однако в любом из этих станков выполняется определенный цикл. В этом цикле рабочему органу машины сообщается быстрый подвод, рабочая подача, быстрый обратный ход в исходное положение и стоп с фиксацией конечных положений. Наиболее сложный цикл часто осуществляют силовые агрегатные головки, где в рабочем цикле может планироваться две или несколько рабочих подач, паузы, перескоки и т. д.

Цепь управления любым исполнительным или вспомогательным агрегатом автоматической линии включает стандартные или нормализованные элементы электроаппаратуры, которые составляют структурную схему управления. Датчики (кнопки управления, путевые выключатели, переключатели, фотоэлементы и фотосопротивления, термопары и т. д.) фиксируют окончание предыдущего элемента цикла главным образом путем преобразования механических или каких-либо физических действий в электрические команды. Передаточно-преобраующие устройства (промежуточное реле, контакторы, реле времени, триггерные ячейки и т. д.) выполняют функцию передачи, распределения и комбинирования, усиления и инверсирования команд, поступающих от датчиков. Исполнительные устройства (электродвигатели, электромагниты, электромагнитные муфты) служат для исполнения очередного элемента цикла. В ряде случаев, когда мощность исполнительных механизмов невелика и соизмерима с мощностью, коммутируемой датчиками, а порядок величины напряжений и токов однозначен, можно исключить преобразующие устройства, т. е. в этом случае датчики будут непосредственно подавать команду на исполнительные механизмы.

Таким образом, схемы электрического управления агрегатами автоматических линий состоят из одинаковых элементов, повторяющихся в различных сочетаниях.

На 6 листе графической части дипломной работы приведена схема управления пинольной силовой головкой с кулачковым приводом подачи. Включение электродвигателя головки производится пускателем П, включаемым с центрального пульта управления кнопкой «Пуск» через контакты промежуточного реле РПД в начале работы линии.

Электродвигатель головки при окончании цикла связи с кратковременностью пауз не отключается. Подача команды на начало работы головки производится кратковременным включением электромагнита Э контактами реле пуска головок РПГ, после чего пиноль головки совершает быстрый подвод БП, рабочую подачу РП, быстрый отвод и останавливается в исходном положении как показано на рисунке 1, 6 листа графической части дипломной работы. Новый цикл работы головки происходит, после повторного включения электромагнита Э. Конечный выключатель КВИ нажат, когда пиноль находится в исходном положении. «Память» о том, что пиноль головки совершает рабочий ход, осуществляется постановкой на самопитание реле РКО, включаемого размыкающим контактом выключателя КВИ. Это же реле предотвращает повторную работу головки в данном цикле. Реле РКО отключается контактами реле отмены «памяти» РОП при подаче одной из последующих команд на какое-либо вспомогательное движение. В наладочном режиме реле РОП отключено. Для управления головкой в наладочном режиме предусмотрены кнопки «Стоп», «Пуск», «Вперед». Защита электродвигателя силовой головки от перегрузки осуществляется тепловым реле РТ [3].

На рисунке 2-а 6 листа графической части дипломной работы показана схема управления самодействующей силовой головкой с отключением электродвигателя в исходном положении.

Пускатель электродвигателя головки П включается каждый цикл через контакты реле пуска двигателей РПД, включаемого при состоянии линии, предшествующем пуску головок вперед. Пускатель П становится на самопитание через размыкающий контакт реле конца обработки РКО. При подаче команды «Пуск головок вперед» включается электромагнит ЭВ через контакты реле пуска головок вперед РПГ. После включения электромагнита ЭВ головка совершает быстрый подвод БП - (рисунок 2-б 6 листа графической части дипломной работы), освобождая конечные выключатели исходного положения головки 1KBИ и 2КВИ.

Замыкающие контакты конечного выключателя 2КВИ обрывают цепь питания электромагнита ЭВ, размыкающие -- осуществляют обратную связь со схемой линии, сигнализируя о том, что данная головка сдвинута с места. Головка с помощью упора, действующего на золотник гидропанели, переключается на рабочую подачу РП и производит обработку детали. В конце хода головки нажимается конечный выключатель КВК, включающий реле времени, которое после останова головки на жестком упоре и по истечении заданного интервала времени включает электромагнит ЭН и реле конца обработки РКО, предотвращающее повторное движение головки в данном цикле, и осуществляет «память» о работе головки. Головка совершает быстрый отвод БО в исходное положение, нажимая конечные выключатели 2КВИ и 1КВИ. Выключатель 1КВИ отключает электродвигатель головки, обесточивая пускатель П. Реле конца обработки, отключается в одном из последующих состояний линии с помощью контактов реле отмены «памяти» РОП. В наладочном режиме реле РОП отключено. В схеме предусмотрено реле РКЗ, которое включается при падении давления в системе зажима и отводит головку в исходное положение, при этом реле конца обработки РКО не включается [3].

Схема управления не самодействующей силовой головкой, работающей с подводом и отводом без вращения шпинделя (рисунке 3-а 6 листа графической части дипломной работы) пускатель гидростанции ПГ включается с командой «Пуск двигателей» через контакты реле пуска двигателей РПД. Реле РПВ становится на самопитание и включает электромагниты ЭВ и ЭН. Головка совершает быстрый подвод БП, освобождая конечный выключатель контроля исходного положения КВИ. Размыкающие контакты конечного выключателя КВП отключают электромагнит ЭН, замыкающие - включают пускатель двигателя вращения шпинделя ПВ. Головка переключателя на рабочую подачу РП (рисунок 3-б 6 листа графической части дипломной работы) включается вращение шпинделей. Через 2--3 мм хода после переключения головки на рабочую подачу нажимается конечный выключатель KBБ, размыкающий контакт которого ставит пускатели ПВ и ПГ на взаимозависимое питание. Таким образом, осуществляется контроль включения вращения шпинделей.

В конце обработки нажимается конечный выключатель KBК, включающий реле конца обработки РКО. Реле РКО предотвращает повторную работу головки в данном цикле, осуществляет «память» о работе головки и включает реле «Назад» РПВ. Электромагнит ЭВ отключается, электромагнит ЭК включается, головка совершает быстрый отвод БО. При движении головки назад последовательно освобождаются конечные выключатели КВК, КВБ и КВП. Выключатель КВБ подготавливает независимое питание пускателя ПГ, выключатель КВП отключает пускатель ПВ; при этом головка продолжает движение назад без вращения шпинделей. В исходном положении нажимается конечный выключатель КВИ отключающий реле РПН, электромагнит ЭН отключается и головка останавливается. Реле РПО отключается в одном из последующих состояний линии контактами реле отмены «памяти» РОП. В схеме предусмотрено реле контроля зажима РКЗ, которое включается при падении давления в системе зажима и отводит головку назад.

Пакетные выключатели ПВВ и ПВГ позволяют вести наладку головки без вращения шпинделей и вращать шпиндели в исходном положении головки. С помощью пакетных выключателей можно также исключить головку из работы линии [3].

Таким образом, приведенные примеры показывают, что любое усложнение задач управления сверх минимального объема (подвод, отвод, останов) приводит к резкому усложнению схемы управления данными агрегатами.

Системы управления рабочим циклом линии выполняют прежде всего функции синхронизации работы отдельных агрегатов, которые согласно циклограмме работы линии жестко сблокированы. Поэтому если схемы управления работой отдельных агрегатов обеспечивают выполнение отдельных «строк» циклограммы, то система управления линией обеспечивает их координацию по параметрам начала и окончания работы.

Цикл работы любой развитой автоматической линии с жесткой межагрегатной связью предусматривает строгую очередность срабатывания отдельных агрегатов, каждый из которых начинает работу лишь после окончания предыдущего. Кроме того, имеются агрегаты, совмещенные по времени работы с другими. Так для линии из агрегатных станков последовательно работают:

шаговый транспортер;

механизмы зажима и фиксации (все одновременно);

силовые головки (все одновременно);

механизмы зажима и фиксации.

В зависимости от управления такой последовательностью систем управления: централизованные (рисунок 3.2-а), децентрализованные (рисунок 3.2-б) и смешанные (рисунок 3.2-в) системы управления циклом автоматических линий.



Рисунок 3.2 Принципиальные схемы вариантов построения схем управления циклом автоматической линии (а - централизованная, б - децентрализованная, в -смешанная)

Централизованные или зависимые системы управления (рисунок 3.2-а) или (рисунок 7 __листа графической части дипломной работы) характерны тем, что все управление циклом работы агрегатов производится от центрального командного устройства -- командоаппарата К, пульта, распределительного вала, считывающего устройства с лентопротяжным механизмом независимо от действия и положения исполнительных рабочих органов. В таких системах управления продолжительность рабочего цикла Для каждого исполнительного органа является постоянной величиной (в механических системах управления обычно равна периоду одного оборота распределительного вала). В автоматических линиях в качестве центрального командного устройства обычно используются командоаппараты (рисунок 3.2-а). Исполнительные механизмы линии получают соответствующие команды либо через электрические цепи, замыкаемые кулачками командоаппарата, либо через гидравлические или пневматические устройства [3].

Централизованные системы управления линиями являются наиболее простыми, имеют наименьшее количество электрических (гидравлических или пневматических) связей, удобны в обслуживании и наладке (например, при переводе автоматической линии в наладочный режим связи легко прерываются).

Рассмотрим пример практического применения централизованной системы управления автоматической линии монтажа радиодеталей на печатных платах телевизоров. Линия (рисунок 3.3) включает шаговый транспортер с магазином печатных плат, комплект автоукладчиков и подгибочных головок для установки и закрепления радиодеталей на печатных платах и устройства для управления работой всех механизмов. Шаговый транспортер захватывает из магазина последовательно по одной плате и подает их на рабочие позиции с автоукладчиками и подгибочными устройствами.

Во время остановов транспортера каждый из автоукладчиков устанавливает на печатную плату по одной радиодетали, которая закрепляется подгибочным устройством. Таким образом, в конце линии с транспортера сходят полностью собранные узлы.

Рисунок 3.3 Автоматическая линия монтажа радиодеталей на печатных платах: где 1- пульт управления; 2- головная секция; 3- головной распределитель; 4- распределительный вал; 5- типовая рабочая секция; 6- секционный распределитель; 7- шаговый транспортер; 8- подгибочная головка; 9- хвостовой распределитель; 10-хвостовая секция; 11- автоукладчик; 12- магазин печатных плат.

Всего линия снабжена 52 автоукладчиками и 52 подгибочными головками для установки скоб-перемычек двух типоразмеров; постоянных сопротивлений типа МЛТ двух типоразмеров (любых номиналов); постоянных конденсаторов типа БГМТ и БМТ (трех типоразмеров любых номиналов).

Конструктивное решение линии предусматривает возможность переналадки и замены автоукладчиков и подгибочных устройств, которые могут применяться в различных комбинациях для укладки радиодеталей в различные печатные платы. Линия может работать в двух режимах: режиме постоянной настройки, при котором на линии собирают один вид плат и она не перенастраивается длительное время; режиме ежедневной переналадки, при котором на линии в первую смену происходит сборка какого-либо одного вида плат, а во вторую смену линия перенастраивается с тем, чтобы в первую смену следующего дня начать сборку другого вида плат.

Рабочий цикл линии идентичен циклу линии из агрегатных станков и включает следующие элементы: перемещение плат, их фиксацию и зажим, установку радиодеталей на платы и их закрепление, расфиксацию плат для очередного шагового перемещения вдоль линии. Поэтому система управления циклом линии обеспечивает последовательное срабатывание следующих основных агрегатов:

1) шаговый транспортер;

2) механизмы зажима и фиксации на всех позициях;

3) автоукладчики (все одновременно);

4) механизмы подгибки (все одновременно);

5) механизмы зажима и фиксации.

Кроме того, синхронизирована работа магазина выдачи плат на транспортер и других механизмов.

Схема управления рабочим циклом линии показана на рисунке 3.4

Автоматическая линия управляется при помощи распределительного вала проходящего вдоль всей линии, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор (на схеме не приведен) со скоростью до 20 об/мин, что соответствует рабочему циклу Т = 3 с. От плоских кулачков распределительного вала получают команду головной распределитель 2, секционные распределители 3, хвостовой распределитель 4.

Распределители, включенные через систему кранов А и Б, осуществляют автоматическое управление всеми основными исполнительными механизмами линии, выполняющими работу посредством сжатого воздуха.

Головной распределитель 2 осуществляет автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р, на рабочий цилиндр 5 штангового транспортера 6 и на коллектор фиксаторов 7. Коллектор фиксаторов для большей надежности подпитывается с двух сторон, поэтому хвостовой распределитель 4 обеспечивает автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р, только на коллектор фиксаторов [3].

Секционные распределители 3 (общее их число 17) осуществляют автоматический цикл воздухораспределения от магистрали Р, на рабочую секцию, состоящую из постоянного числа автоукладчиков радиодеталей с приводом в виде двух полостного цилиндра 8 и подгибочных устройств, имеющих привод в виде однополостного цилиндра 9 с возвратом поршня посредством пружины (на схеме показана секция из двух автоукладчиков и подгибочных устройств). На большой автоматической линии (52 автоукладчика) рабочая секция состоит из трех автоукладчиков и парных им подгибочных головок.

Принципиально возможны любые другие конструкции приводов автоукладчиков и подгибочных устройств как механических, так и пневматических, которые могут управляться от распределительного вала непосредственно либо через секционные распределители.

Транспортер 6 представляет собой штангу фасонного профиля, несущую флажки 10, которые перемещают печатные платы, лежащие в направляющих линии, от одной рабочей позиции к другой. Штанговый транспортер получает возвратно-поступательное движение через рабочий цилиндр 5.

Упор 11 приводит в действие магазин 12 печатных плат, который при каждом холостом ходе штанги выдает по одной печатной плате на направляющие автоматической линии, а при рабочем ходе досылает выданную из магазина плату на фиксаторы и флажки подачи. Магазин получает платы при помощи кассеты, которую в процессе работы либо заменяют другой, либо подпитывают.

В конце рабочего хода штанги фиксаторы 13 перехватывают печатные платы с флажков 10 конусными штырями 14, осуществляя точную фиксацию плат на рабочих позициях под автоукладчиками во время установки и закрепления радиодеталей.

Система кранов А и Б позволяет легко производить наладку линии. Кроме включения автоматического цикла воздухораспределения посредством этих кранов выполняются ручные переключения механизмов линии. В частности, при помощи четырехпозиционного крана типа А можно перемещать ручным переключателем штанговый транспортер вне цикла (кран A1 комбинации I--V и II--VI или II--V и I--VI), осуществлять ручным переключением вне цикла рабочий и холостой ходы автоукладчиков 8 (краны А2, комбинации II--VI и V--VI или II--V и IV--VI).

При помощи трехпозиционного крана типа Б возможно: при комбинациях III--IV крана Б2 ручным переключением крана Б1 утапливать и выдвигать конусные штыри 14 фиксаторов вне цикла (комбинации I--III или III--IV); осуществлять ручным переключением вне цикла рабочий и холостой ходы подгибочных устройств 9 (краны Б2, комбинации I--III или II--IV) [3].

В приборостроении примером применения централизованных систем управления циклом являются автоматические линии обработки корпуса наручных часов, внедренные на ряде заводов. Управление осуществляется от распределительного вала, проходящего сбоку параллельно геометрической оси линии, привод от кулачков ко всем исполнительным механизмам осуществляется механически с помощью рычажных и реечных передач и др.

В централизованных системах управления циклом автоматических линий подсистемы управления работой отдельных агрегатов могут быть упрощены до предела (устройства контроля наличия хода) или вообще отсутствовать, что упрощает систему в целом.

Однако системы централизованного управления имеют существенные недостатки: подача команд с центрального командоаппарата осуществляется вне зависимости от действия и положения исполнительных механизмов без учета полного выполнения предыдущего элемента цикла, в связи с чем возникает необходимость иметь дополнительные блокировочные и предохранительные устройства.

Централизованные системы управления, как правило, совершают холостые ходы по 1-й группе, т. е. рабочие и холостые ходы могут изменяться только пропорционально. Часто это является недостатком, так как большая длительность отдельных элементов цикла заставляет искусственно увеличивать и другие рабочие и холостые ходы. Все указанные недостатки привели к тому, что централизованные системы управления в современных автоматических линиях широкого применения не получили.

Децентрализованные системы управления, называемые иногда путевыми, осуществляют управление при помощи упоров-датчиков (чаще всего путевых переключателей и конечных выключателей), включаемых движущими исполнительными рабочими органами автоматической линии или самой деталью. Эти системы основаны на управлении упорами и копирами. Число устанавливаемых упоров равно числу фиксированных положений механизмов (детали). Все исполнительные органы автоматической линии связаны между собой так, что каждое последующее движение производится только после окончания предыдущего. Например, перемещение обрабатываемых деталей на автоматической линии транспортером возможно только тогда, когда все заготовки уже разжаты и расфиксированы, а все силовые головки находятся в исходном положении.

Таким образом, при децентрализованных системах управления управляющие функции поочередно выполняют агрегаты -- объекты управления, передавая, друг другу замкнутую «эстафету управления» посредством входных и выходных сигналов (см. рисунок 3.3-б). Здесь основную роль играют автономные и полностью независимые подсистемы управления отдельными агрегатами, связанные друг с другом в соответствии с заданной последовательностью срабатывания лишь адресом выдаваемых команд о начале или окончании своей работы.

Преимуществом этой системы управления является отсутствие сложной блокировки, так как команды подаются только после окончания предыдущего элемента цикла. Недостатком этой системы является то, что многочисленные датчики, работающие в рабочей зоне, нередко выходят из строя из-за попадания стружки, пыли, масла; часто подают неправильные команды вследствие закорачивания или обрыва электрических цепей: элементы промежуточных цепей и цепи в целом не являются достаточно надежными в работе.

Во время выполнения автоматического цикла при децентрализованных системах управления в линии могут возникать одинаковые ситуации, при которых в одних случаях подается команда на очередное движение, а в других -- такой команды нет. Например, силовая головка по каким-либо причинам не пошла вперед и осталась в исходном положении. Для предотвращения очередного элемента цикла работы в линии в системе управления наряду с датчиками положения 1 следует иметь элементы «памяти», запоминающие предыдущее состояние линии и в связи с этим выдающие или запрещающие подачу очередной команды.

...