Основы механизации и автоматизации машиностроительного производства

Размещено на http://www.allbest.ru

1. СТАНОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ

1.1 Назначение и классификация приспособлений

Технические устройства, присоединяемые к технологическому оборудованию или используемые самостоятельно для установки, базирования и закрепления обрабатываемых заготовок или инструмента при выполнении технологических операций, называют приспособлениями.

Использование станочных приспособлений позволяет устранить разметку заготовок перед обработкой и исключить их выверку при установке на станок, повысить режимы резания, сократить время, необходимое для закрепления заготовки, увеличить число одновременно обрабатываемых заготовок или число одновременно работающих инструментов, а также расширить технологические возможности металлорежущих станков и создать условия для механизации, автоматизации и многостаночного обслуживания.

Кроме того, применение приспособлений позволяет снизить трудоемкость и себестоимость обработки, облегчить труд станочников и снизить необходимую их квалификацию, повысить производительность труда слесарей-сборщиков, наладчиков и контролеров, а также повысить безопасность выполнения работ.

Однако в каждом конкретном случае целесообразность применения приспособлений следует обосновать экономически.

Станочные приспособления вместе с вспомогательным, режущим и измерительным инструментом составляют технологическую оснастку.

Приспособления являются наиболее сложной и трудоемкой в изготовлении частью технологической оснастки.

Сложность построения технологических процессов в машиностроении обусловливает большое разнообразие конструкций приспособлений и высокий уровень предъявляемых к ним требований.

Станочные приспособления классифицируют по различным признакам.

По целевому назначению приспособления делят на пять групп.

1. Приспособления для установки и закрепления обрабатываемых заготовок в зависимости от вида механической обработки подразделяют на приспособления для токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных, многоцелевых и других станков. Эти приспособления осуществляют связь заготовки со станком.

2. Приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента осуществляют связь между инструментом и станком. К ним относятся патроны для сверл, разверток, метчиков; многошпиндельные сверлильные, фрезерные, револьверные головки; инструментальные державки, блоки и т.п.

3. Сборочные приспособления используют для соединения сопрягаемых деталей в сборочные единицы и изделия. Их применяют для крепления базовых деталей или сборочных единиц собираемого изделия, обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия, предварительной сборки упругих элементов (пружин, разрезных колец и др.), а также для выполнения соединений с натягом.

4. Контрольные приспособления, применяемые для промежуточного и окончательного контроля деталей, а также для контроля собранных частей машины. В частности с помощью этих приспособлений проверяют отклонения размеров, формы и взаимного расположения поверхностей и осей и др.

5. Приспособления для захвата, перемещения и переворота тяжелых заготовок и собираемых изделий.

Все описанные группы приспособлений в зависимости от типа производства могут быть ручными, механическими, полуавтоматическими и автоматическими. станочный механизация машиностроительный ремонтный

По эксплуатационным характеристикам все приспособления можно разделить на три группы: универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные приспособления широко используются в производстве без каких-либо дополнительных конструктивных доработок и поэтому относятся к приспособлениям общего назначения. Как правило, их относят к принадлежностям станка. Это, в частности, машинные тиски, самоцентрирующие патроны, делительные головки, поворотные и круглые столы и др. Универсальные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а также в ремонтных, экспериментальных цехах для обработки разнообразных заготовок.

Специализированные приспособления применяют преимущественно в массовом и крупносерийном производстве при выполнении определенных, одних и тех же операций. Они предназначаются для обработки одной или группы конструктивно и технологически однородных деталей, при этом могут использоваться специальные губки для тисков, фасонные кулачки к патронам и т.п.

Специальные приспособления используют только для обработки определенной детали на определенной технологической операции в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Это непереналаживаемые приспособления, к их достоинствам можно отнести незначительное время на установку и закрепление заготовок, высокую точность и взаимозаменяемость обрабатываемых деталей, к недостаткам - большие затраты на проектирование и изготовление, а также увеличение цикла технологической подготовки.

По технологическому назначению станочные приспособления классифицируются по типам станков, для которых они предназначаются: токарные, фрезерные, протяжные и т.п.

1.2 Элементы приспособлений

Элементом приспособления называют деталь или простейший узел, предназначенный для выполнения определенной функции. Все виды приспособлений содержат несколько одинаковых по назначению элементов: установочных, зажимных, направляющих, делительных и корпусов.

Установочные элементы - это детали и узлы, на которые устанавливают обрабатываемую заготовку и которые должны обеспечивать правильное и устойчивое положение обрабатываемой заготовки в приспособлении, длительное время сохранять это положение, быть простыми по конструкции и обладать высокой жесткостью. Установочные элементы называют иногда опорами. Их подразделяют на две группы - основные и вспомогательные. Основные опоры лишают деталь всех шести степеней свободы, т.е. координируют деталь в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях. Количество таких опор в приспособлении равно шести. Основные опоры, как правило, неподвижные или регулируемые. Для устойчивости положения обрабатываемой заготовки их следует располагать на минимально возможном расстоянии друг от друга, чтобы силы резания и зажима находились либо против опор, либо между ними вблизи какой-либо опоры. В противном случае может произойти деформация заготовки и снизится точность обработки. В случае если обрабатываемая заготовка устанавливается в приспособлении необработанными поверхностями, для увеличения устойчивости и жесткости ее применяют подвижные, так называемые вспомогательные опоры. Число вспомогательных опор неограничено. Их применяют вместе с основными опорами и подводят к поверхностям заготовки в требуемых местах с таким расчетом, чтобы ее положение при этом не изменилось. Эти опоры предохраняют обрабатываемую заготовку от деформации под действием резания и зажима или от деформации под действие собственного веса.

Заготовки в приспособлении устанавливаются по своим базовым поверхностям. Эти поверхности могут быть необработанными или обработанными, иметь различную точность.

Конструкции опор выбирают в зависимости от вида базовой установочной поверхности заготовки. Материал и термическая обработка опор должны обеспечивать высокую твердость и износостойкость поверхностей опор. Обычно опоры изготавливают из низкоуглеродистых качественных или легированных сталей, их рабочие поверхности цементируют на глубину 0,8 … 1,2 мм и закаливают до твердости HRC_Э 58 … 62.

Конструктивно основные опоры могут быть выполнены в виде штырей и пластинок (рис.87). Штыри могут быть выполнены с гладкой, сферической или рифленой головками.

Штыри с гладкой головкой (рис.87,а) применяются для установки заготовок обработанными установочными поверхностями. В отверстия корпуса приспособления штыри устанавливают по неподвижной посадке. Для удаления износившихся штырей отверстия должны быть сквозными.

Штыри со сферической (рис.87,б) и рифленой (рис. 87,в) головками применяются только при установке заготовок по необработанным поверхностям, что существенно уменьшает погрешности установки. Штыри со сферической головкой изнашиваются сравнительно быстро, однако они обеспечивают опору заготовки всегда в определенной точке. Штыри с рифлением на рабочей поверхности обеспечивают более надежное сцепление с базовой поверхностью заготовки, т.к. рифление при зажиме заготовки вдавливается в ее поверхность и препятствует смещению заготовки на опорах под действием сил резания. Недостаток таких штырей - сравнительная трудность очистки рабочей поверхности от стружки и загрязнений, остающихся в канавках рифления. Поэтому такие штыри использую при установке заготовок по необработанным поверхностям, где требуемая точность установки значительна ниже, чем при установке по обработанным поверхностям.

С целью предохранения отверстия в корпусе приспособления от повреждения при смене износившихся штырей, их иногда устанавливают в переходные закаленные втулки, запрессованные в корпус (рис.87,г). После запрессовки опорные торцы переходных втулок шлифуют в одной плоскости. Выдерживая высоту головки штыря Н, износившиеся штыри можно заменять, не прибегая к шлифованию их опорных поверхностей после установки в приспособления. Устанавливать штыри в переходных втулках целесообразно в крупносерийном и массовом производстве.

Заготовки с обработанными базовыми поверхностями больших размеров устанавливаются на пластины (рис.87,д). Обычно такие опоры целесообразно использовать там, где заготовки загружают в приспособление сбоку, то есть заготовка должна скользить по опорам. При использовании пластин легче осуществить зажим заготовки в положении против опоры. Такие пластины обычно применяют в качестве боковых верхних опор.

Наиболее компактная конструкция пластин показана на рисунке 87,е. Пластину крепят двумя или тремя винтами к корпусу. Косые канавки глубиной 1 … 3 мм способствуют очистке установочной поверхности пластины при перемещении заготовки. Кроме того, косое углубление позволяет непрерывно направлять обрабатываемую заготовку при перемещении ее по пластинам.

При обработке заготовок с черновыми установочными поверхностями и с большими пределами колебания припуска для различных партий заготовок применяют в качестве основных опор регулируемые опоры (рис. 87,ж). Их чаще всего делают боковыми. В этом случае для каждой партии заготовок опоры регулирует наладчик. Опору 1 устанавливают в нужное положение и закрепляют в этом положении гайкой 2. В мелкосерийном производстве, когда производится обработка деталей различных размеров при использовании одного и того же приспособления, все основные опоры могут быть регулируемыми.

В некоторых случаях, когда заготовки устанавливаются на необработанные или грубообработанные поверхности, с целью уменьшения деформации нежёстких заготовок применяют плавающие опоры. Двухточечная качающаяся и трёхточечная сферическая плавающие опоры показаны на рис.88, а, б.

Зажимные устройства закрепляют заготовку в приспособлении и удерживают её во время обработки. Зажимные элементы устройств и механизмов не должны вызывать деформацию и повреждение поверхностей заготовки и обеспечивать стабильность зажима и минимальную затрату сил и времени станочника. По виду привода зажимные устройства подразделяются на ручные, механизированные и автоматические. К ручным зажимным устройствам относятся винтовые, клиновые и эксцентриковые. Применяют эти устройства в приспособлениях, предназначенных для индивидуального и мелкосерийного производства, то есть в тех случаях, когда изготовление сложных приспособлений экономически нецелесообразно. Наиболее простыми и универсальными являются винтовые зажимы. Привод винта может осуществляться ключом, рукояткой или моховиком. Для уменьшения прогиба винта и вмятин на заготовке при зажиме на концы винта помещают качающийся башмак (рис. 89,а). Комбинированные зажимные устройства, называемые прихватами, представляют собой сочетание винтовых устройств с рычагами или клиньями (рис. 89,б). Основными недостатками винтовых зажимов являются сравнительно большие затраты времени и значительные прикладываемые силы к винту, требующиеся для закрепления обрабатываемых заготовок. Кроме того имеет место нестабильность сил закрепления и нарушения точности установки обрабатываемой заготовки.

Наиболее существенными преимуществами перед винтовыми зажимами обладают быстродействующие зажимы с использованием эксцентриков (рис.90). Эксцентрики представляют собой кулачки (круглые, одиночные и сдвоенные, двухопорные и другие) или валики с осью вращения, смещённой с геометрической оси на величину эксцентриситета. Рабочая часть кулачка имеет форму окружности. Эксцентриковые зажимные устройства обладают простотой и компактностью конструкции, возможностью получения сравнительно больших сил закрепления при небольшой силе на приводе. Однако эти устройства не рекомендуется применять для закрепления нежёстких изделий. Кроме того, сила закрепления у них нестабильна, понижена надёжность из-за интенсивного изнашивания эксцентриковых кулачков.

Наиболее широкое применение в станочных приспособлениях нашли клиновые зажимные устройства (рис. 91). Клиновые зажимы просты в изготовлении, компактны, легко размещаются в стеснённых местах приспособлений. Если угол клина меньше угла трения, то имеет место его самоторможение. Обычно угол клина не превышает 14⁰.

Некоторые условные обозначения на схемах опор и зажимов по ГОСТ 3.1107­81 приведены в табл. 3.

Направляющие элементы предназначены для установки и ориентирования инструмента и представляют собой кондукторные втулки, используемые для определения положения и направления оси инструмента. Для быстрой установки инструментов на размер используют шаблоны, а для определения траектории относительно движения инструмента и заготовки достаточно часто применяют копиры. Шаблоны позволяют ускорить наладку станка и повысить её точность, а также определить положение инструментов, соответствующее рабочему наладочному размеру. Кондукторные втулки используют в качестве направляющих элементов при сверлении, растачивании, зенкеровании, развёртывании. На сверлильных станках они могут быть постоянными и сменными. Постоянные втулки запрессовывают в корпус кондуктора и применяют при обработке одним инструментом - сверлом или зенкером (рис. 92, а), их применяют в мелкосерийном и серийном производстве. Сменные втулки (рис. 92, б) так же применяют при обработке одним инструментом, но в крупносерийном и массовом производстве. По мере износа эти втулки легко удаляются без повреждения корпуса кондуктора. Для последовательной обработки отверстий несколькими инструментами (сверлом, зенкером, разверткой) применяют быстросменяемые втулки (рис. 92, в) которые могут быть сняты через выемку в бурте втулки без отвертывания стопорного винта. Сменные втулки не запрессовываются в корпус кондуктора, а устанавливаются по посадке движения.

Для направления борштанг (расточных оправок) при расточных работах применяют неподвижные (рис.92, г) и вращающиеся втулки (рис.92, д). Для входа во втулку выступающих резцов борштанги (расточных оправок) имеются пазы. Вращающиеся втулки монтируются чаще всего на подшипниках качения. Кондукторные втулки диаметром до 25 мм изготавливаются обычно для углеродистых инструментальных сталей и закаливаются до HRC_Э = 60 … 65. втулки больших диаметров изготавливают из низкоуглеродистых сталей, подвергают цементированию и закаливают на указанную твердость. К числу направляющих элементов относятся также копиры для обработки фасонных поверхностей.

Для фиксации в различных положениях поворотной части приспособления применяются делительные и поворотные устройства. Делительные устройства состоят из делительной плиты и фиксатора. В делительной плите по числу позиций имеются отверстия или пазы, в которые входит фиксатор. Конструкции некоторых фиксаторов приведены на рис. 93. Направление фиксатора в приспособлении и может осуществляться рукояткой (рис. 93, а), вытяжной кнопкой (рис. 93, б) или же вытяжной кнопкой с замком (рис. 93, в).

1.3 Приводы станочных приспособлений

Приводы станочных приспособлений классифицируют по видам источников энергии и по методам компоновки. По виду энергии различают приводы пневматические, гидравлические и пневмогидравлические. Для специальных обработок применяют электромагнитные, магнитные, вакуумные и другие приводы.

Пневматические приводы разделяются на поршневые (рис. 94, а) и диафрагменные (рис. 94, б). В поршневых пневмоприводах сжатый воздух давлением 0,4…0,6 МПа, подаваемый в пневмоцилиндр, перемещает поршень со штоком, который зажимает заготовку. Поршневые пневмоприводы применяются в тех случаях, когда требуется значительный ход штока. Когда поршень пневмоцилиндра передвигается в обоих направлениях, привод называют двусторонним. Принцип работы диафрагменных приводов аналогичен принципу работы поршневого привода, однако вместо поршня в таких приводах используется гибкая диафрагма с тарелкой (односторонний) или тарелками (двусторонний). Диафрагменный привод проще по конструкции, чем поршневой, надёжнее в работе, но имеет небольшой ход.

Пневмогидравлические силовые приводы позволяют развивать большие усилия зажима в нескольких точках одной или нескольких заготовок при одновременном срабатывании всех зажимов. Принцип действия таких приводов заключается в следующем (рис. 95). Сжатый воздух от сети подаётся в цилиндр низкого давления и перемещает поршень 1 со штоком 2 влево. Шток 2 является поршнем гидроцилиндра высокого давления. Заготовка зажимается штоком 3 со значительно большим усилием, чем усилие, развиваемое штоком.

Электромагнитные и магнитные приводы используются чаще всего на плоскошлифовальных станках, оснащённых электромагнитными или магнитными столами (плитами).

Вакуумные приводы применяются для закрепления плоских, относительно тонкостенных подверженных деформации заготовок. Заготовку устанавливают на плиту из полости которой затем откачивают воздух. Образованный вакуум присасывает заготовку к опорной поверхности плиты. Усилие присоса равно разности давлений - атмосферного (избыточного) и остаточного.

1.4 Корпуса приспособлений

Корпус является базовой деталью приспособления, на которой монтируются установочные, зажимные, направляющие устройства и другие вспомогательные механизмы и детали. Корпус в основном определяет массу, габаритные размеры и конфигурацию приспособления, а также его устойчивость и жёсткость. В процессе обработки заготовки, установленной в приспособлении, корпус воспринимает силы, зажимающие заготовку, и силы, возникающие при резании. Поэтому он должен обладать не только прочностью, но и достаточной жёсткостью во избежание вибрации. Степень жёсткости корпуса в значительной мере определяет точность обработки на данной операции, а также качество обработанной поверхности. Масса корпуса должна быть по возможности небольшой. Корпус должен легко устанавливаться в нужное положение на столе станка и закрепляться на нём без дополнительной выверки. С этой целью в корпусе должны быть предусмотрены соответствующие центрирующие элементы. Конфигурация корпуса должна обеспечивать свободную установку и последующее снятие обработанной детали. Конфигурация корпуса должна быть такой, чтобы стружка легко удалялась из приспособления. Все места скопления стружки должны быть открытыми и легко доступными для очистки. Все монтируемые в корпусе подвижные детали должны быть расположены и сконструированы таким образом, чтобы стружка не мешала их нормальной работе. Кроме того, корпус приспособления должен быть достаточно простым в изготовлении и иметь по возможности небольшую стоимость, поскольку это в значительной мере определяет себестоимость последующей механической обработки.

Материалом для изготовления корпусов служат обычно серый чугун СЧ12-28 или конструкционная сталь. Литые чугунные корпуса применяют в крупных и жёстких приспособлениях. Они сравнительно не дороги, обладают достаточной жёсткостью и обеспечивают удобные условия обработки. Корпуса приспособлений изготавливают также сварными или реже коваными из сортового проката. Чугунные и сварные корпуса перед окончательной обработкой подвергают искусственному или естественному старению для снятия внутренних напряжений.

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам классифицируют станочные приспособления?

2. Каково основное назначение различных станочных приспособлений?

3. Назовите основные элементы станочных приспособлений и их назначение.

4. По каким признакам классифицируют приводы станочных приспособлений?

5. Назовите основные виды приводов станочных приспособлений и их применение.

6. Каково назначение корпуса приспособления? Какие требования предъявляются к корпусам приспособлений?

2. ОСНОВЫ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1 Общие сведения и задачи механизации и автоматизации производства

Технологический процесс обработки резанием на металлорежущих станках состоит из ряда действий и приёмов выполняемых в определённой последовательности с целью получения детали из исходной заготовки. Это, например, установка и закрепление заготовки на станке или в приспособлении, пуск станка, смена инструмента, перемещение инструмента между позициями, контроль обрабатываемой заготовки, снятие обработанной заготовки и перемещением её в тару и др. Каждые из этих действий можно выполнять с применением ручного труда или автоматически, т. е. без непосредственного участия рабочего.

Под механизацией технологического процесса понимают замену ручного труда машинным в части процесса, связанного с изменением формы заготовки. Это позволяет кроме того сократить вспомогательное время, а также время технического и организационного обслуживания рабочего места.

Автоматизация производственных процессов представляет собой комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и проектированию на их основе высокопроизводительного технологического оборудования, осуществляющего рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека. При этом автоматизацию не следует понимать лишь как процесс внедрения элементов и схем автоматики, насыщения ими существующих или вновь проектируемых конструкций машин. В связи с этим автоматизация предполагает создание таких методов и схем обработки, конструкций и компоновок машин и систем машин, которые, как правило, были бы невозможны, если бы человек по-прежнему оставался непосредственным участником технологического процесса.

Автоматизация производственных процессов, обычно связанная с неизбежными, иногда значительными затратами труда, средств, времени, имеет своей главной целью повышение производительности и качества выпускаемой продукции, сокращение численности обслуживающих рабочих. Именно за счёт реализации этих факторов обеспечивается экономический эффект и окупаемость затрат на автоматизацию. При этом важнейшим определяющим фактором успешного использования автоматизированного оборудования является его надёжность.

Основной объем обработки на машиностроительных предприятиях выполняется в механических цехах, где заготовки, проходя механическую обработку, приобретают необходимую конфигурацию, точность и шероховатость. Процессы механической обработки очень многообразны и могут выполняться последовательно на многих станках, составляющих поточные или автоматические линии. При этом под автоматической линией понимается совокупность технологического оборудования, установленного в последовательности технологического процесса обработки и оснащённого механизированными транспортными и загрузочными устройствами и одной общей системой управления.

Для нормального функционирования производственного процесса необходима развитая система транспортирования и хранения заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий. Современное машиностроительное предприятие имеет развитую систему грузопотоков, связывающих между собой различные цехи и службы предприятия. Поэтому важными являются работы по механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, а также меж- и внутрицеховая транспортировка изделий, накопление и расходование межоперационных заделов.

Для транспортировки изделий между цехами и участками применяются различные конвейеры, в том числе с программным управлением, транспортирующие системы автоматических линий, предусматривающие не только межстаночную транспортировку, но и хранение заделов в автоматических магазинах-накопителях.

Существенное значение имеет автоматизация процессов контроля и сборки, создание контрольных и сборочных автоматов и автоматических линий для сборки. Автоматизация этих процессов позволяет главным образом повысить качество изготовления изделий, особенно в отраслях производства с большими масштабами выпуска, например, подшипников качения, метизов, электровакуумных приборов, электродвигателей и др. Кроме того, автоматизация контроля и сборки позволяет изменить ситуацию, когда на контроле и сборке готовых изделий занято больше рабочих, чем на их изготовлении.

Переналадка автоматических линий осуществляется путём регулировки или замены отдельных элементов технологической оснастки, транспортных и загрузочных устройств, режущих инструментов и др.

Основными преимуществами автоматических линий являются облегчение условий труда и резкое увеличение производительности, сокращение потребности в производственных площадях, вспомогательных транспортных средствах, сокращение длительности производственного цикла, уменьшение объёма незавершённого производства, а также строгое обеспечение производственного ритма. Всё это ускоряет оборачиваемость оборотных средств предприятия и снижает себестоимость выпускаемой продукции. Используя автоматические линии можно применять наиболее прогрессивные технологии.

К недостаткам автоматических линий следует отнести значительную трудоёмкость переналадки линии на другую деталь или на другой технологический процесс; снижение коэффициента использования станков из-за простоев, вызванные отказами на одном из станков или в другом оборудовании; потребность в наладчиках высокой квалификации для обслуживания автоматических линий; повышеные требования к стабильности размеров заготовок и однородности материалов и др.

Основное влияние на тип автоматической линии оказывают форма и габариты обрабатываемой заготовки, а также технологический процесс её обработки. Эти факторы определяют выбор станков для автоматической линии, приспособлений, базовых поверхностей, способов установки и закрепления заготовки, её транспортирования, способов контроля и др.

По виду обрабатываемых деталей различают линии для корпусных деталей, деталей в виде валов, зубчатых колёс, колец подшипников качения, а также для различных мелких деталей - роликов, штифтов, винтов и др. Крупные корпусные и другие детали, имеющие сложную форму и требующие большого числа технологических переходов, наиболее экономичной является механическая обработка на автоматических линиях из агрегатных станков. При этом агрегатными называют станки, изготовленные в основном из стандартных (унифицированных) и нормализованных узлов и деталей с применением небольшого количества специальных (оригинальных) деталей. Агрегатные станки работают по полуавтоматическому или автоматическому циклу. На таких станках одновременно можно обрабатывать несколько поверхностей, расположенных под разными углами, что значительно увеличивает точность взаимного расположения поверхностей и осей.

Агрегатные станки обеспечивают обработку отверстий по 8...9-му квалитетам точности, межцентровое расстояние между ними находится в пределах ± 0,15 мм, точение можно вести по 11...12-му квалитетам.

В агрегатных станках широко используют гидравлические, пневматические и электрические системы привода и управления. Основными компоновочными единицами агрегатных станков являются силовые узлы, корпусные детали, шпиндельные узлы, зажимные приспособления. Для периодического перемещения заготовки с одной позиции на другую с точной фиксацией в каждой из них используются различные многопозиционные поворотные устройства. Эти устройства бывают с вертикальной осью вращения и называются делительными столами и с горизонтальной осью вращения и называются барабаном.

Зажимные приспособления агрегатных станков обеспечивают базирование заготовки с заданной точностью и надёжное её закрепление. В автоматизированных приводах зажима применяют гидравлические или пневматические цилиндры, электромеханические или гидромеханические ключи.

Большие перспективы имеет внедрение автоматизации в заготовительных цехах - литейном, кузнечнопрессовом, в цехах первичной обработки проката и др. Это позволяет существенно сократить трудоёмкость заготовительных процессов и облегчить условия труда работающих, особенно в горячих цехах. В частности, в литейных цехах автоматизируются процессы формовки, заливки металла, выбивки отливок из формы и возврат опок к формовочным машинам. Решающая роль принадлежит автоматизации при внедрении прогрессивных заготовок с минимальными припусками на механическую обработку. Как правило, все технологические процессы получения таких заготовок методами профильного проката, холодной штамповки, точного литья имеют высокую степень механизации и автоматизации.

Важное значение имеет автоматизация вспомогательного производства - инструментального, модельного, ремонтного и др. Продукция вспомогательных цехов является индивидуальной и серийной даже при массовом характере основного производства. Развитие гидрокопировальных станков, электроискровой обработки и станков с программным управлением позволило решить проблему автоматизированного изготовления штампов и других сложных изделий. Станки с программным управлением эффективны и в условиях серийного производства.

Одной из основных задач является автоматизация управления предприятием и прежде всего сбор и обработка текущей информации о состоянии всех звеньев производственного процесса, системы учёта и оперативного планирования.

Успехи автоматизации в различных стадиях и звеньях производственного процесса создают условия для комплексной автоматизации производства изделия, начиная с исходных материалов и полуфабрикатов и кончая его сборкой. Такое направление автоматизации позволяет обеспечить высокие темпы технического прогресса, избежать отвлечения сил и средств на осуществление отдельных процессов автоматизации, которые, решая частную задачу производства одной или нескольких деталей машины, не в состоянии существенно повысить общий уровень производства в целом.

2.2 Проблемы и пути развития автоматизации производственных процессов

Автоматизация производственных процессов, создание и внедрение автоматизированного технологического оборудования во всех отраслях производства выдвинули большое количество научно-технических и инженерных проблем.

Конструктивно-компоновочные решения универсального технологического оборудования складывались и отрабатывались из условия совместной работы системы человек-машина применительно к возможностям человека, максимальному удобству обслуживания. Конструктивное совершенствование такого оборудования происходит, как правило, достаточно медленно путём увеличения мощности и быстроходности привода, повышение геометрической точности и жёсткости узлов, сроков службы и др.

Внедрение полуавтоматов и автоматов практически снимает любые ограничения в реализации технологических процессов, конструкций и компоновок, связанные с непосредственным участием человека в производственных процессах обработки, контроля или сборки. Поэтому при создании нового автоматизированного оборудования возможны различные варианты построения машин и систем машин.

Результаты использования новой техники позволяют количественно связывать экономические критерии эффективности производства с конкретными показателями работы машин - их производительностью и надёжностью, стоимостью, сроками службы, расходами в эксплуатации и др. Это позволяет анализировать влияние различных факторов на производительность труда и намечать наиболее оптимальные направления развития автоматизации производства.

Основным направлением автоматизации в машиностроении можно считать автоматизацию технологических процессов механической обработки, в том числе создание токарных, шлифовальных, фрезерных автоматов и полуавтоматов, агрегатных станков и автоматических линий из агрегатных станков и т.д. Такое направление приводит в итоге к созданию комплексных автоматических линий, цехов и заводов с непрерывным производительным потоком, полностью исключающих применение ручного труда. Именно комплексная автоматизация производственного процесса в виде автоматических линий станков, автоматических линий и заводов является наиболее прогрессивным достижением технологии и организации производства.

Одновременно с работами в этом направлении широко развивается автоматизация отдельных узлов универсальных и других станков, осуществляемая с помощью специальных устройств для автоматического включения подачи суппорта, быстрого подвода к заготовке и отвода от неё режущего инструмента, автоматической загрузки станка, автоматического контроля размеров в процессе работы и т.д. При обработке крупных и дорогостоящих заготовок подобные измерения заготовки и коррекции положения инструмента осуществляется после черновой обработки перед чистовым ходом инструмента, что уменьшает вероятность появления брака.

Для предотвращения поломки инструмента и появления брака вводятся ограничения, прерывающие процесс обработки при достижении предельных значений мощности резания, силы резания, крутящего момента и др.

Одним из основных направлений автоматизации серийного производства является расширение использования станков с ЧПУ, экономическая эффективность которых проявляется уже при обработке сравнительно небольших партий (30…50 шт.) заготовок. Однако в условиях единичного производства в большинстве случаев более экономичным является использование универсальных металлорежущих станков с ручным управлением.

Расширяется применение адаптивных систем управления для станков с ЧПУ, а также для других станков. При этом управлении обеспечивается автоматическое приспособление процесса обработки к изменяющимся условиям по определённым критериям. Такими критериями могут быть, например, неравномерность припуска на обработку, твёрдости обрабатываемого материала, затупление режущего инструмента, деформация в технологической системе и др. При изменении условий обработки в устройстве программного управления вырабатываются корректирующие сигналы, которые подаются на соответствующие элементы станка, изменяющие режим его работы.

Продолжается расширение использования станков с ЧПУ с автоматической сменой инструмента - обрабатывающих центров. Такие станки снабжаются устройствами для смены отдельных инструментов и многошпиндельных головок. Для обеспечения автоматического цикла обработки современные обрабатывающие центры снабжаются устройствами для контроля состояния режущего инструмента и степени его затупления. Кроме того, предусматривается смена режущего инструмента на основе программы по расчётному периоду его стойкости. Станки этого типа целесообразно применять в мелкосерийном производстве при обработке точных и сложных деталей, а также деталей, изготовление которых требует комплекса операций с использованием многих инструментов, например, при обработке с нескольких сторон корпусных деталей и др.

Во многих технологических процессах нежелательно непосредственное участие человека при работе в загазованной или пыльной атмосфере, в условиях сильного шума или высокой температуры, при поднятии тяжестей, в условиях радиации и т.п. В связи с этим перед рядом отраслей машиностроения ставится важнейшая задача - создать средства механизации и автоматизации производства, позволяющие последовательно сокращать применение ручного, тяжёлого и низкоквалифицированного труда. Кроме того, многие вспомогательные операции (подать, закрепить, снять, переместить, включить и т.п.) по мере совершенствования техники всё более и более увеличивают долю этого рутинного, однообразного, утомительного ручного труда рабочих многих производственных профессий.

Известно, что ручной труд больше всего тормозит интенсификацию производства. Поэтому возникла потребность в машинах, имитирующих действия человека. На базе ЭВМ, средств управления появилась реальная возможность создания таких машин - промышленных роботов и эффективного включения их в состав технологических линий и комплексов. Именно промышленные роботы и манипуляторы являются одними из основных структурообразующих элементов предприятия будущего, влияющих на выбор технологических процессов и технологичность изделий, на конструкцию станков и организацию производства, различных транспортных систем и т.п.

Основные термины и определения для манипуляторов и промышленных роботов оговорены в ГОСТ 25686­85.

Манипулятор - это управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в производстве, оснащённое рабочим органом.

Промышленный робот - это автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности и программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Промышленные роботы могут успешно применяться для выполнения различных работ в условиях производства с различной серийностью. Они существенно облегчают организацию двух- и трёхсменной работы, повышают коэффициент загрузки оборудования и ритмичность производства независимо от времени суток и дней недели, повышают производительность и качество выпускаемой продукции, снижают себестоимость её изготовления.

Роботы находят применение практически во всех сферах машиностроения: литейных, кузнечно-прессовых цехах; цехах механической, термической обработки; сборочных, сварочных, окрасочных цехах; при транспортировании и складировании заготовок и деталей и на прочих операциях.

Однако, несмотря на рост производительности оборудовании, значительное отставание автоматизации основных и вспомогательных процессов является существенным тормозом роста производительности труда предприятия в целом.

Поэтому вопросы комплексной автоматизации серийного многономенклатурного производства наиболее эффективно решаются на основе создания типовых роботизированных комплексов, представляющих собой совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения. В качестве средств оснащения могут быть использованы устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другие устройства, обеспечивающие функционирование комплекса.

Гибкая производственная система - это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и системы обеспечения ее функционирования в автоматическом режиме в течение задуманного интервала времени и обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий различной номенклатуры. При этом гибким производственным модулем называют единицу технологического оборудования с программным управлением для производства изделий различной номенклатуры в пределах его технических характеристик, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая функции, связанные с их изготовлением и имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему. Именно современные станки с ЧПУ, оснащённые промышленными роботами и манипуляторами, являются основой для создания роботизированных технологических комплексов и гибких производительных систем.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под механизацией и автоматизацией производственных процессов в машиностроении?

2. Что понимают под автоматической линией? Каковы основные преимущества автоматических линий?

3. Пояснить наиболее перспективные области применения автоматических линий.

4. Назовите основные предпосылки замены и сокращения ручного труда в машиностроении.

5. Назовите основные предпосылки использования станков с ЧПУ, промышленных роботов и манипуляторов.

3. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ МАШИН

3.1 Значение сборочных работ в машиностроительном производстве

Сборка является завершающей стадией изготовления изделия, во многом определяющей его эксплуатационную надежность и долговечность. Именно в процессе сборки сходятся результаты всей предшествующей работы, проделанной конструкторами и технологами по созданию новой машины. Объем сборочных работ на нынешнем уровне машиностроительного производства значителен и составляет в общей трудоемкости изготовления изделия: в массовом и крупносерийном производствах 20..25 %, в серийном - 25…35 %, в единичном и мелкосерийном - 40…50 %.

В различных отраслях машиностроения доля сборочных работ различна. Например, в тяжелом машиностроении трудоемкость сборки составляет 30…35 % от общей трудоемкости изготовления изделия, в станкостроении - 25…30 %, в автомобилестроении - 18…20 %, в приборостроении - до 45 %.

Следует отметить, что основную часть сборочных работ (до 50…80 %) составляют ручные слесарно-сборочные работы, требующие иногда больших затрат физического труда и высокой квалификации исполнителей. Поэтому экономические показатели предприятия во многом зависят от трудоемкости сборочного производства, а проблема повышения качества и производительности сборки является одной из важнейших проблем научно-технического прогресса современного машиностроения.

Машина состоит из отдельных самостоятельных сборочных единиц, называемых иногда узлами. Под узлом при этом понимают часть машины, состоящую из нескольких деталей, которую можно собрать самостоятельно, отдельно от других элементов машины. Узел может быть составлен из нескольких простых подузлов, связанных между собой посредством крепежных деталей. Сборочная единица, непосредственно входящая в состав изделия, называется группой. Сборочная единица, входящая в изделие в составе группы, называется подгруппой. Узловая конструкция машины позволяет сократить продолжительность ее общей сборки благодаря параллельному изготовлению всех или большинства сборочных единиц.

Иногда изделие расчленяется на составные части по функциональному признаку. В двигателе внутреннего сгорания, например, выделяют механизм газораспределения, систему смазки, систему охлаждения. Эти составные части двигателя не являются сборочными с технологической точки зрения, так как их невозможно обособленно и полностью собрать отдельно от других элементов изделия. Деление изделия на составные части и оформление чертежей и других технических документов в машиностроении дано в ГОСТ 2.101 - 68.

Технологический процесс сборки - это часть производственного процесса, непосредственно связанная с соединением деталей в определенной технологически и экономически целесообразной последовательности для получения сборочных единиц и изделий, полностью удовлетворяющих установленным для них требованиям.

Процесс сборки складывается из ряда операций по соединению сопряженных деталей в узлы, а узлов в машину. При этом под сборочной операцией понимают часть технологического процесса сборки, выполняемую на одном рабочем месте, одним рабочим или бригадой над одной сборочной единицей.

Часть операции, выполняемая определенным видом соединения при неизменном инструменте, называется переходом; часть операции, выполняемая при неизменном положении приспособления - позицией.

К технологическому процессу сборки относятся также операции, связанные с проверкой правильности действия сборочных единиц и деталей, последовательности включения отдельных механизмов, правильности работы смазочной системы и др.

Следует отметить, что высокая надежность и долговечность машины не всегда зависят от того, насколько удачной является ее конструкция, как полно использованы для изготовления деталей новые конструкционные материалы, насколько правильно выполнены расчеты деталей на прочность и др. Не могут однозначно гарантировать эксплуатационные показатели машины высокое качество и точность изготовления ее деталей.

При соблюдении отмеченных выше условий достижение заданных эксплуатационных показателей машины можно лишь при условии высококачественной сборки и регулировки как машины в целом, так и отдельных ее узлов. Это объясняется тем, что в процессе сборки вполне годных деталей и узлов могут возникать различные погрешности их взаимного расположения, существенно снижающие точность и служебные характеристики собираемого изделия.

Основными причинами, которые могут вызвать возникновение погрешностей при сборке, могут быть: образование задиров на сопрягаемых поверхностях деталей; деформации деталей при их установке и закреплении; неправильная установка калибров и измерительных средств, применяемых при сборке, а также собственные погрешности измерительных средств; попадание грязи и стружки между сопрягаемыми поверхностями; нарушение правильной последовательности затяжки болтовых соединений; непостоянство усилий затяжки и др.

Основные требования к технологическому процессу сборки можно свести, как правило, к соблюдению точности взаимного положения деталей и узлов, к обеспечению заданных видов перемещений деталей относительно друг друга и к соблюдению других требований точностных характеристик, например, уравновешенности вращающихся деталей, соосности, перпендикулярности поверхностей и осей и др.

Кроме базовой необходимо располагать также различной справочной и нормативной информацией. В частности, необходимо иметь каталоги и паспорта по сборочному оборудованию и технологической оснастке, альбомы сборочных приспособлений и инструмента, нормативы времени на слесарно-сборочные работы. В серийном и массовом производстве необходимо также располагать образцом собираемого изделия и сведениями о производстве, на котором предполагается его изготавливать.

Качество изготовления и сборки деталей во многом зависит от правильной простановки размеров на рабочих и сборочных чертежах. При этом размеры деталей в собранном изделии находятся в определенной зависимости. Изменение одного из размеров этой взаимосвязанной группы оказывает влияние на один или несколько других размеров.

Положение деталей и сборочных единиц относительно друг друга определяется главным образом выбором допусков и посадок, а требуемая точность взаимного положения отдельных деталей в изделии и рациональная величина допусков на размеры достигается расчетом размерных цепей.

Размерной цепью называют замкнутую цепь взаимно связанных размеров, определяющих взаимное положение поверхностей и осей двух или нескольких деталей. Все размеры деталей, образующих размерную цепь, называются звеньями. Звеньями размерной цепи обычно являются расстояния между поверхностями или осями, длины шеек или диаметры.

Все звенья размерной цепи подразделяют на исходные, составляющие и замыкающие.

Исходным называют звено, по номинальному размеру и допуску которого рассчитывают величины номинальных размеров и допуски всех остальных звеньев цепи.

Замыкающим называют такое звено, по номинальному размеру и допуску которого рассчитывают величины номинальных размеров и допуски всех остальных звеньев цепи. Замыкающее звено получается последним при обработке или сборке. Оно накапливает все погрешности обработки размеров, входящих в размерную цепь.

Звенья размерной цепи, изменение которых вызывает изменение замыкающего звена, называются составляющими. По размерам составляющих звеньев определяют замыкающее звено. Составляющие звенья подразделяют на увеличивающие, с возрастанием которых увеличивается замыкающее звено и уменьшающие, с возрастанием которых замыкающее звено уменьшается.

Все звенья одной размерной цепи обозначают прописными буквами русского алфавита с цифровым индексом, показывающим порядковый номер звена, например А1, А2, А3 и т.д. Замыкающее звено в отличие от других звеньев обозначается индексом ? с соответствующей буквой, например А?.

В качестве простейшего примера рассмотрим работу ролика, изображенного на рис. 96, а. Для нормальной работы ролика необходимо обеспечить зазор А?. На величину этого зазора влияют размеры А1 и А2. Номинальный размер замыкающего звена размерной цепи должен быть равен алгебраической сумме номинальных размеров всех остальных составляющих звеньев данной цепи. При этом номинальные размеры увеличивающих звеньев берутся со знаком «плюс», а уменьшающих - со знаком «минус». Для рассматриваемого примера замыкающим звеном будет зазор А?: