Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Конспект лекций

Оборудование автоматизированного производства

Горшенин Г.С.

Казань 2008

Введение

Современное производство в зависимости от объемов и частоты сменяемости выпуска изделий требуют применения современного высокопроизводительного технологического оборудования, позволяющего получать качественную продукцию с минимальными затратами.

Характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий при высокой производительности. Выполнить эти условия возможно путем автоматизации технологического оборудования, применением систем числового программного управления, современных информационных технологий.

В настоящее время определились два в какой-то мере противоречивых требования к современному промышленному производству: с одной стороны, сокращение сроков подготовки производства и выпуска, а также серийности промышленной продукции, а с другой -- уменьшение трудоемкости изготовления и стоимости при высоком качестве продукции.

Удовлетворение первого требования предусматривает увеличение универсальности оборудования и систем управления, позволяющих отрабатывать любые заранее не планируемые ситуации, быстро переходить на изготовление новой продукции.

Второе требование связано с необходимостью комплексной автоматизации производства, которая в настоящее время ассоциируется с применением технологического оборудования с программным управлением и ЭВМ на различных уровнях управления -- от непосредственного управления оборудованием до управления финансовой деятельностью предприятия.

В относительном противоречии этих требований в большой степени и заключаются трудности создания современного эффективно функционирующего производства. Чтобы удовлетворить противоречивым требованиям, необходимо придать производству ряд определенных свойств:

гибкость и маневренность, т. е. способность быстро перестраиваться на выпуск новой продукции;

высокий технический уровень и хорошую оснащенность новыми технологиями и оборудованием, позволяющими выпускать изделия высокого качества, большой надежности и ресурса;

экономичность, беспечивающую приемлемую для рынка продажную цену продукции, а следовательно, и минимальные затраты на ее производство, экономию всех видов ресурсов, включая возможно более широкое использование прошлого труда.

В условиях крупносерийного и массового производства основным оборудованием для механической обработки являются автоматические линии (АЛ) или состоящие из них системы.

В средне- и крупносерийном производствах используются гибкие автоматические линии, так как предъявляются специфические требования к металлорежущему оборудованию. Обычные АЛ в среднесерийном производстве нерентабельны вследствие малого коэффициента загрузки, а использование одношпиндельных многоцелевых станков с ЧПУ невыгодно, так как для изготовления больших партий деталей требуется значительное количество этого дорогостоящего оборудования. Поэтому используют ГАЛ на базе станков со сменными шпиндельными коробками (СШК), имеющие высокую производительность. В оборудовании со СШК заготовка остается неподвижной во время всего цикла обработки, а инструмент, установленный в СШК, подается в последовательности, соответствующей ходу технологического процесса обработки. Число наименований деталей, изготавливаемых на ГАЛ со СШК, зависит от программы их выпуска и трудоемкости обработки и может достигать в среднем 10-12 наименований. ГПС

В единичном и мелкосерийном производстве применяется локальная автоматизация. Необходимым элементом перехода от локальной автоматизации к гибким производственным системам (ГПС) являются роботизированные технологические комплексы (РТК). Организационно РТК могут функционировать отдельно, как самостоятельный вид оборудования, или могут быть объединены в роботизированные технологические линии (РТЛ) и роботизированные технологические участки (ОТУ).

Технологическое оборудование можно различать (разбить) по степени автоматизации.

Нулевая степень автоматизации - это неавтоматизированные машины, где без участия человека выполняются лишь основные технологические функции.

Первая степень автоматизации - это автоматизация отдельных машин-автоматов и полуавтоматов.

Вторая степень автоматизации - это автоматизация в масштабах системы машин, создание автоматических и автоматизированных линий, гибких производственных систем (ГПС) и др.

Третья степень автоматизации - комплексная автоматизация на уровне участков и цехов, предприятий в целом.

Машиностроительные заводы будущего

Перспективность предприятий машиностроительного производства оценивается с помощью технических, экономических и социальных характеристик.

Технический и экономический уровень предприятия, которое можно отнести к предприятиям «будущего». Можно определить следующими характеристиками:

1. Высокая производительность живого и фондоотдача общественного труда:

· Сокращение численности занятых рабочих на единицу выпускаемой продукции.

Например, фирма Вольво (Швеция) с общей численностью 58000 человек выпускала в 1983 г. 105 тысяч автомобилей, т.е. 1 рабочий - 18 автомобилей в год Та же фирма в г. Калмаре на заводе, работающем по новой технологии выпускает 30 тыс. автомобилей при численности занятых 600 человек, т.е. 50 автомашин на человека.

· Применение роботов во вспомогательном и основном производстве (резка, сварка, сборка и т.п.).

· 2. Высокая степень гибкости при высокой производительности

В традиционном производстве высокая гибкость возможна при использовании универсальных станков но нельзя получить высокую производительность.

3. Минимально возможный производственный цикл изготовления деталей

Если взять полное время цикла создания продукции от начала разработки технического задания до выхода готового изделия за 100%, а известно что деталь в цехе находится 1%.

Если же за 100% взять время нахождения детали в цехе, то получается, что детали на станке находится 5%, а обрабатываются на них 25-35% времени от 3%. Таким образом имеется резерв времени (99-95%) для сокращения полного цикла создания и изготовления деталей.

4. Минимизация потерь от брака и выпуск высококачественной продукции.

В автоматизированном производстве качество не зависит от квалификации оператора.

Контроль стойкости инструмента, прогнозирование поломок позволяет предотвратить появление брака.

5. Безотходная технология

Основные отходы металлообрабатывающего производства - металлическая стружка.

Проблема устранения стружки решается следующими путями:

· сокращение объема стружки за счет получения более точных заготовок, (например, переработка металла в гранулы и последующее прессование в почти готовые детали),

· использование композиционных материалов.

Сокращение отходов связано с более эффективным использованием оснастки и инструмента.

7. Высокая надежность оборудования.

Повышение надежности в первую очередь электрооборудования и электронных систем управления. Самодиагностика систем.

Социальные аспекты, характеризующие предприятие будущего.

1. рост благосостояния членов общества благодаря увеличению производительности труда, увеличению выпуска высококачественной продукции в необходимых для общества количествах при более экономичном использовании труда, материалов, энергии;

2. высвобождение человека от тяжелой и монотонной физической и умственной работы, работы в опасных и вредных для здоровья условиях;

3. возможность сокращения рабочего времени при соответствующем росте производительности труда;

4. высвобождение времени для всестороннего и гармоничного развития;

5. стимулирование повышения интеллекта человека, занятого в современном автоматизированном производстве; повышение заинтересованности в работе, наиболее полно удовлетворяющей потребности человека в квалифицированном, творческом труде.

Тема 1. Основы теории рабочих машин

Основные положения теории производительности машин и труда

В основе теории производительности машин и труда лежат следующие основные положения.

Каждая работа для своего совершения требует затрат времени и труда.

Производительно затраченным считается только то время, которое расходуется на основные процессы обработки (например, формообразование, контроль, сборку и т.д.). Все остальное время, включая время на вспомогательные (холостые) ходы рабочего цикла и внецикловые простои, является непроизводительно затраченным, т.е. потерями.

Машина считается идеальной, если при высоком потенциале производительности, качестве продукции отсутствуют потери времени на холостые ходы и простои (машина непрерывного действия, бесконечной долговечности и абсолютной надежности).

Для производства любых изделий необходимы затраты прошлого (овеществленного) труда на создание средства производства и поддержание их работоспособности и живого труда на непосредственное обслуживание технологического оборудования.

Закономерность развития техники заключается в том, что удельный вес затрат прошлого (овеществленного) труда непрерывно повышается, а затраты живого труда снижаются при общем уменьшении трудовых затрат, приходящихся на единицу продукции.

6. При окончательной оценке прогрессивности новой техники учитывается фактор времени -- темп роста производительности труда.

Важнейшим фактором производительности труда являются затраты труда на создание, обслуживание и эксплуатацию рабочей машины. Эти затраты можно представить состоящими из трех компонентов:

, - единовременные затраты прошлого труда необходимые для создания машин, оборудования, зданий, сооружений и т.п. - разовые затраты, рассчитанные на весь срок службы машины;

- текущие затраты прошлого труда (годовые) которые включают в себя часть овеществленного труда, затрачиваемого на основные и вспомогательные материалы, запасные части, электроэнергию, инструменты, топливо, смазочные материалы и т.п., необходимые для производства изделий.;

3) Тж - текущие затраты живого труда обслуживающих рабочих (годовые),

Суммарные затраты за весь срок действия средств труда

Производительность труда оценивается путем сопоставления количества выпущенной продукции с суммарными трудовыми затратами, необходимыми для ее выпуска за некоторый интервал времени N (годы):

,

где -- производительность труда;

W-- выпущенная годная продукция;

-- суммарные трудовые затраты, необходимые для выпуска продукции.

Размерность производительности труда в обобщенном виде = продукция/затраты.

Выпущенная годная продукция измеряется либо в физических величинах (штуки, единицы длины, массы, объема и др.), либо в стоимостном выражении (рубли). Суммарные трудовые затраты выражаются либо в единицах абстрактного труда (человекочасы, человекодни и т.п.), либо в денежном выражении (рубли). В соответствии с этим при расчетах производительность труда может иметь различную размерность, например шт./чел.-ч.

Количество выпущенной продукции зависит от того, сколько лет работает оборудование.

При постоянной производительности оборудования

где -- годовой фактический выпуск продукции.

Производительность труда можно записать в виде следующей формулы

, *)

где N возможный срок службы машины.

Анализ производительности труда в зависимости от сроков службы показывает ее переменный характер даже при неизменных технико-экономических характеристиках (производительность машин, их надежность, степень автоматизации и эксплуатационные затраты).

Уровень производительности труда при малых сроках службы относительно невысок, поскольку на сравнительно малый объем выпущенной за это время продукции требуются значительные затраты на средства производства (единовременные затраты). С ростом сроков службы производительность труда увеличивается, так как единовременные затраты овеществленного труда ТП раскладываются в этом случае на больший объем выпущенной продукции.



Рис. 1.1. зависимости выпущенной продукции W, эксплуатационных затрат Т и производительности в относительных единицах от сроков службы при неизменных эксплуатационных характеристиках

Коэффициент роста производительности труда

Для оценки прогрессивности новой техники, в том числе автоматов и автоматических линий, необходимо по уровню производительности труда сравнить различные варианты. Для выявления целесообразности внедрения новой техники необходимо сравнить его с действующим в производстве (базовым вариантом) и дать заключение.

Предпочтение следует отдать варианту, который обеспечивает наибольший рост производительности труда и гарантирует выполнение планируемых темпов ее роста на весь срок службы машины:

где . -- коэффициент роста производительности труда при сравнении двух технических вариантов;

-- производительность труда, которую обеспечивает исходный вариант техники (например, поточная линия);

-- производительность труда второго, сравниваемого с исходным, варианта техники (автоматическая линия).

Сравнение различных вариантов техники позволяет определить их прогрессивность, оценить ее аналитически. Например, если существующая техника обеспечивает производительность труда Ат1 = = 25 шт./чел.-ч, а новая техника Ат2 = 100 шт./чел.-ч, то

т. е. внедрение новой техники обеспечивает рост производительности труда в 4 раза.

На рис. 1.2. приведены графики производительности труда во времени для двух проектируемых вариантов новой техники, например поточной и автоматической линии при условии, что оба варианта новой техники вводятся в действие одновременно и имеют одинаковые сроки службы.

Рис. 1.2. Изменение производительности труда во времени поточной и автоматической линий, одновременно вводящихся в эксплуатацию.

Так как автоматическая линия более дорогостоящая, чем поточная (затраты на автоматизацию >1), при малых сроках службы производительность труда на поточной линии выше, чем на автоматической, поэтому и коэффициент роста производительности труда меньше единицы. Однако автоматическая линия благодаря высокой производительности и малой численности обслуживающих рабочих имеет более низкие эксплуатационные затраты при выпуске продукции, поэтому при длительных сроках службы уровень производительности труда на автоматической линии выше (> 1). Следовательно, если сроки службы автоматической линии меньше некоторой минимальной величины () целесообразнее строить поточную линию, как более дешевую, несмотря на большие эксплуатационные расходы. И наоборот, автоматическая линия выгоднее, если предполагаемые сроки ее службы достаточно велики ()

Характерным для современного этапа развития техники, в первую очередь для автоматизации производственных процессов, является рост производительности средств производства, увеличение их стоимости и сокращение численности людей, непосредственно занятых обслуживанием машин. Изменение текущих затрат прошлого труда на единицу изделия зависит от характера производственного процесса и может находиться в широких пределах.

Основные пути повышения производительности

Теория производительности машин и труда позволяет намечать наиболее эффективные пути повышения производительности труда, а следовательно, наиболее эффективные направления технического прогресса, пути автоматизации.

Количественный анализ факторов, определяющих производительность труда, позволяет выявить следующие основные пути повышения производительности труда при автоматизации производственных процессов.

Первый путь заключается в уменьшении затрат живого труда Тж за счет сокращения числа рабочих, непосредственно занятых в процессе производства. Эта экономия достигается благодаря совершенствованию средств производства и управления, изменению организации труда, внедрению вычислительной техники и иных современных средств, позволяющих выполнять работу, которую раньше выполняли при обслуживании системы машин человек.

Такой путь автоматизации имеет ограниченные возможности повышения.

Предположим, что имеется участок из 100 станков, которые обслуживают 100 рабочих. Если в поточной линии общие затраты живого труда при Z=1 составляли Тж, то при обслуживании одним рабочим-оператором Z станков и неизменной заработной плате одного рабочего они составляют Тж/Z. Следовательно, общая экономия живого труда рабочих-операторов

где Тж -- текущие затраты живого труда;

Z -- число станков, обслуживаемых одним рабочим-оператором.

Если отнести экономию к первоначальному фонду заработной платы, то получим

Так, при обслуживании одним рабочим двух станков (Z=2) экономия уже составляет 50% заработной платы обслуживающего персонала (Э/ТЖ = 0,5).

Если увеличение Z в 2 раза (от 1 до 2) позволяет сэкономить 50% фонда заработной платы, то увеличение Z в 2,5 раза (от 2 до 5) дает возможность сэкономить только 40 %.

Если при переходе от обслуживания одной машины к двум можно простейшими средствами сэкономить 50 % заработной платы, то при переходе от 50 к 100 станкам - только 1 %.

Следует отметить, что автоматизация приводит к уменьшению количества рабочих-операторов, но не наладчиков, число которых, как правило, возрастает особенно при низких показателях надежности оборудования.

Рис. 1.5. Зависимость экономии живого труда от числа станков, обслуживаемых одним рабочим

Таким образом автоматизация с целью многостаночного обслуживания выгодна и позволяет создать автоматические системы машин в кратчайшие сроки лишь в тех случаях, когда они не требуют больших затрат сил, средств и времени.

Второй путь повышения производительности труда заключается в сокращении затрат прошлого труда благодаря снижению стоимости средств производства. Этот путь связан с совершенствованием средств производства, стандартизацией и унификацией механизмов, узлов и деталей машин, обеспечивающих снижение их себестоимости.

Третий путь заключается в сокращении затрат живого и прошлого труда благодаря повышению производительности средств производства, а следовательно, сокращению трудовых затрат на единицу изделия. Это достигается путем разработки новых прогрессивных технологических процессов и создания высокопроизводительных средств производства.

Генеральным направлением автоматизации является разработка новых, прогрессивных технологических процессов и создание таких высокопроизводительных средств производства, которые вообще невозможны, пока человек остается непосредственным участником выполнения технологического процесса.

Одним из основных направлений является создание высокопроизводительного автоматизированного оборудования.

Показатели производительности автоматизированных систем

Основными характеристиками любой технологической машины являются качество и количество выпускаемой продукции (производительность). И если показатели качества бесконечно разнообразны в зависимости от видов продукции и требований к ним, то показатели количества выпускаемой продукции едины для любого вида оборудования.

Производительность определяется количеством годных деталей, изделий, комплектов, выпускаемых машиной в единицу времени. Время обработки детали машиной является обратной величиной производительности.

При расчете, анализе и оценке производительности автоматизированного оборудования с учетом различных видов затрат времени используют четыре вида (или категории) производительности: технологическую, цикловую, техническую и фактическую.

1 . Технологическая производительность - это максимальная теоретическая производительность при условии бесперебойной работы машины и обеспечения ее всем необходимым.

,

где - время рабочих ходов.

2. Цикловая производительность - это теоретическая производительность машины с реальными холостыми при отсутствии простоев.

,

где - время холостых ходов.

- время цикла обработки, не совмещенных с рабочими ходами.

Цикловая производительность может быть представлена в следующем виде:

, ,

Величина называется коэффициентом производительности. Она характеризует степень непрерывности протекания технологического процесса. Так величина = 0,8 означает, что в рабочем цикле 80 % составляют рабочие ходы, а остальные 20 % -- холостые, следовательно, возможности технологического процесса (ТП) используются только на 80 %.

3.Техническая производительность. Это теоретическая производительность машины с реальными холостыми ходами и учетом ее собственных простоев

,

Где - собственные потери, связанных с выходом из строя инструментов, приспособлений, оборудования.

4. Фактическая производительность. Производительность реальной машины в реальных условиях эксплуатации с учетом всех видов потерь.

,

где -- время простоев по организационно-техническим причинам, не связанным с работой оборудования.

Коэффициенты оценки эффективности использования оборудования

Чем чаще и длительнее простои, тем ниже производительность. Влияние внецикловых простоев на производительность можно оценить, используя коэффициенты:

- коэффициент использования;

- коэффициент технического использования;

- коэффициент загрузки.

Фактическую производительность можно представить в следующем виде

,

где - цикловая производительность,

- коэффициент использования, характеризующий эффективность использования оборудовании, т.е. доля времени обработки в общем объеме.

Между коэффициентом использования и коэффициентами , существует соотношение:

,

где - коэффициент технического использования;

Величина определяется с учетом только собственных потерь. Он характеризует прежде всего долговечность, качество надежность механизмов и инструментов, стабильность технологического процесса Его значение показывает какую долю времени работает оборудование при условии обеспечения всем необходимым.

Производительность машины с учетом только собственных потерь (техническая производительность)

Коэффициент загрузки определяется с учетом собственных организационно- технически потерь (). Его значение показывает какую долю времени машина (оборудование ) обеспечена всем необходимым.

Так, значения =0,7 и =0,8 означают, что в общем фонде времени машина обеспечена всем необходимым для бесперебойной работы (заготовками, инструментом, электроэнергией и пр.) только на 80 % времени и в этот период она работает только 70 % (остальное время простаивает по техническим причинам -- из-за отказов, смены инструментов, наладок и др.). В этом случае коэффициент использования машины составит

т.е оборудование используется на 56%.

Таким образом, все категории (виды) производительности связаны между собой через безразмерные коэффициенты следующим образом:

Все показатели и коэффициенты производительности в общем случае являются функциями времени и изменяются в процессе эксплуатации машин в результате действия различных факторов (износа, старения, коррозии, коробления, (вибраций, разрегулирования, повреждений, поломок и др.).

Коэффициенты позволяют анализированть влияние отдельных видов потерь и принимать необходимые решения по повышении производительности оборудования или по внедрению того или иного оборудования при сравнении со старым.

Тема 2. Построение автоматизированных производственных систем

Концентрация операций

Эффективность автоматизации машиностроительного производства в значительной степени определяется эффективностью технологического процесс и оборудования, с помощью которого процесс автоматизируется. Одним из определяющих критериев, характеризующих как процесс, так и оборудование, является уровень или степень концентрации технологических операций обработки деталей.

Концентрация операций в одной рабочей машине резко сокращает время изготовления деталей, приводит к уменьшению количества необходимых станков и производственных площадей, обеспечивает существенное увеличение производительности труда и снижение себестоимости обработки изделий.

Так как разная степень концентрации операций технологического процесса обеспечивает различную эффективность обработки деталей, то еще на предварительной стадии проектирования автоматизированного оборудования необходимо выполнить расчет оптимального количества операций, которые целесообразно сконцентрировать в станочной машине, и выбрать такие структурные схемы оборудования, которые позволяли бы реализовать рассчитанную концентрацию операций с целью получения максимальной производительности оборудования или минимальной себестоимости обработки.

Структурные схемы агрегатированных систем и линий весьма разнообразны. В зависимости от количества и последовательности выполняемых технологических переходов они могут быть подразделены на три группы: системы с первой (КI), второй (КII) и третьей (КIII) степенью концентрации операций. Внутри каждой группы переходы могут выполняться последовательно (Пс), параллельно (Пр) и параллельно-последовательно (ПрПс).

Основным признаком группы КI является обработка детали на одной позиции.

Концентрация операций второй степени КII характеризуется объединением в единой системе нескольких позиций обработки, соответствующих концентрации КI..

Наконец, объединение в различных сочетаниях многопозиционных станков или участков автоматической линий характеризуют третью степень концентрации технологических переходов КIII.

На предварительной стадии проектирования агрегатированных систем выбор той или иной структурной схемы определяется в основном двумя факторами: конструкцией детали и производительностью, которую должно обеспечить оборудование.

Включая в понятие "конструкция детали" ее габаритные размеры, форму, количество сторон обработки, количество, вид и размеры поверхностей, которые необходимо обработать с каждой стороны, можно отметить следующее: чем сложнее деталь и чем выше программа выпуска, тем выше степень концентрации операций агрегатированных систем.

Размеры детали влияют на выбор структурных схем главным образом при степенях КII и КIII: небольшие и мелкие детали наиболее целесообразно обрабатывать на многооперационных станках или линиях из многопозиционных станков, средние и крупные - на однопозиционных станках или линиях из однопозиционных станков Форма детали, количество сторон обработки, а также количество переходов, оказывают влияние на число позиций многопозиционных систем (которое в свою очередь зависит от количества и числа позиций револьверных головок) или число позиций делительного приспособления (или револьверной головки) однопозиционных станков. Размеры и количество поверхностей, обрабатываемых с одной стороны детали, влияют на мощность и размеры обрабатывающих силовых узлов - силовых головок, столов и бабок.

Выбор оптимального количества элементарных операций, которые целесообразно объединить на станке или линии, может осуществляться на основе нескольких критериев:

минимальной станкоемкости полной обработки деталей,

максимальной производительности,

минимальной себестоимости изделий,

заданного срока окупаемости дополнительных капиталовложений

Рассмотрим систему К1. В зависимости от того какие группы переходы могут выполняться (последовательно (Пс), параллельно (Пр) и параллельно-последовательно (ПрПс)), будет и разная теоретическая длительность цикла:

Пс - При последовательной обработке а - сторон, с - инструментами с использованием делительного приспособления (поворотного стола), делительной головки (револьверной головки) и приспособления для зажима заготовки

Пр - При параллельной работе инструментов нет необходимости в поворотном столе и револьверной головке

ПрПс - При параллельно-последовательной обработке, например, параллельной обработке а сторон с последовательной сменой инструментов

Из зависимостей видно, что для разных форм организации обработки длительность цикла разная а значит различна производительность оборудования и себестоимость изделий.

Графо-аналитический метод определения оптимальной концентрации операций

Наиболее целесообразная форма концентрации операций, та которая обеспечивает заданную производительность при минимальном сроке окупаемости капитальных вложений и минимальной себестоимости продукции.

Выбрать оптимальную структурную схему можно с помощью графо-аналитического метода.

По результатам расчетов себестоимости обработки детали строится зависимость себестоимости от числа инструментов в наладке (), т.е. (Рис.3.1). На основе статистической обработки данных по стоимости станков строят зависимость стоимости оборудования от , т.е. . Графически исключая переменную , определяют зависимость себестоимости обработки от стоимости оборудования: . С этой же кривой графически совмещают зависимость , полученную для заданного срока окупаемости из формулы

Рис. 3.1. Метод построения зависимостей для выбора схемы оборудования с оптимальной концентрацией операций

,

где и - стоимость оборудования соответственно базового и нового;

и - себестоимость продукции полученной соответственно на базовом и новом оборудованиях;

N - годовой выпуск деталей.

Если зависимости и не пересекаются на графике, значит поставленная задача не имеет решения при выбранном сроке окупаемости. Если они пересекаются в одной точке (точке касания), то соответствующее ей значение является единственно возможным решением. При пересечении в двух точках может быть выбрано значение , соответствующее минимальной себестоимости, или , соответствующее минимальной стоимости оборудования.

Контрольные вопросы

1. Какие вида (или категории) производительности используют для расчета, анализа и оценки производительности автоматизированного оборудования?

2. Какие коэффициенты оценивают эффективность использования оборудование и их взаимосвязь?

3. Что означает «концентрация операций»?

4. На что оказывает влияние концентрации операций?

5. Какие степени концентрации операций реализуются в агрегатированных системах и в чем их отличие друг от друга?

6. Какие существуют формы концентрации операций и в чем их отличие друг от друга?

7. Как определяется длительность цикла обработки на однопозиционном станке с разной формой концентрации операций?

8. С помощью каких критериев определяют оптимальную концентрацию операций?

9. Как определить оптимальную концентрацию операций оборудования графо-аналитическим методом?

10. Какие зависимости используются в графо-аналитическом методе определения оптимальной концентрации операций оборудования?

11. Влияет ли срок окупаемости на концентрацию операций оборудования?

Тема 3. Автоматы

Структура автоматов

Автоматом называется самоуправляющая рабочая машина, которая самостоятельно выполняет все рабочие и холостые ходы и нуждается лишь в наладке и контроле функционирования.

В соответствии с этим функциональная схема кроме двигателя, привода и рабочих механизмов включает в себя комплект механизмов холостых ходов и управления (рис. 4.1.).

Полуавтоматом называется машина, выполняющая автоматически цикл обработки, для повторения которого требуется вмешательство человека, конструктивный признак - отсутствие механизмов загрузки.

Автоматы и полуавтоматы различаются по технологическому назначению на токарные, шлифовальные, сборочные и т.п.

Наиболее распространенным видом оборудования, применяемое в автоматизированном производстве, являются токарные автоматы.

Рис. 4.1 Структурная схема механизмов токарного автомата

Классификация автоматов

Для токарные автомат и полуавтоматов можно привести следующую классификацию:

1. По последовательности выполнения операций

· последовательного,

· параллельного,

· параллельно-последовательного,

· непрерывного.

2. По виду выполняемых работ

· фасонно-отрезные,

· фасонно-продольные

· последовательно-револьверные (токарно-револьверные)

Между ними нет четких границ.

3. По виду заготовок

· прутковые

· штучные.

4. По числу шпинделей - 1, 2, 4, 6, 8.

5. По расположению шпинделей

· горизонтальное

· вертикальное.

6. По степени универсальности

· универсальные, предназначенные для обработки деталей разных наименований

· специализированные, для обработки узкой группы однотипных изделий

· специальные, для изготовления конкретного изделия в условиях массового производства.

Автоматы последовательного действия

В автоматах последовательного действия концентрируются разноименные операции, последовательно выполняемые над изделием, т.е. в каждой позиции осуществляются различные воздействия.

Обработку ведут сразу во всех позициях; изделие последовательно проходит через все из них, где обрабатывается различными группами инструментов так, что в обработке одновременно находится число изделий, равное числу позиций .

Разнообразные конструкции машин последовательного действия классифицируются по следующим признакам:

- характеру межоперационного (межпозиционного) перемещения изделий - дискретному или непрерывному.

В машинах последовательного дискретного действия рабочие процессы протекают при стационарном положении изделий в позициях; шаговые перемещения между позициями представляют собой несовмещенный холостой ход, когда ТП прерывается.

В машинах последовательного непрерывного действия изделия проходят сквозь все рабочие зоны непрерывно, скорость перемещения является одним из технологических режимов, все технологические механизмы и инструменты функционируют непрерывно, без пауз на холостые ходы

Автоматы последовательного действия применяются для обработки сложных деталей требующих последовательного применения большого количества инструментов.

Автоматы параллельного действия

В автоматах параллельного действия концентрируются одноименные операции дифференцированного ТП, т.е. во всех р позициях выполняются одинаковые или идентичные технологические воздействия .

Структурно-компоновочные варианты машин параллельного действия показаны на рис. 4.3.

Машины параллельного действия строятся, прежде всего, для кратковременных операций, дифференциация которых не принесет значительного выигрыша в производительности при высоких требованиях к ней.

Автоматы последовательно-параллельного действия

В машинах последовательно-параллельного (смешанного) действия концентрируются и разноименные, и одноименные операции.

По схеме последовательно-параллельного действия создаются наиболее сложные по конструкции и производительные автоматы, а также все многопоточные автоматические линии.

Рис. 4.3 Схемы машин параллельного действия

На рис. 4.5 показаны схемы различных вариантов автоматов и линий параллельно-последовательного действия.

Рис. 4.5. Структурно-компоновочные варианты машин последовательно-параллельного действия

Роторные машины

Роторные машины: применяются в массовом производстве, как наиболее производительное оборудование

На рис. 4.8, а и б показаны принципиальная схема роторной машины lдля штамповки и развертка ее рабочей зоны.

Рис. 4.8. Схема роторной машины

При вращении рабочего ротора в позиции, оснащенные инструментальными блоками, заготовки поступают на ходу посредством транспортного ротора, заталкивателя или вручную. Затем на ходу в той же зоне происходит быстрый подвод инструмента; после этого в зоне следует технологическое перемещение (штамповка, вытяжка и т.д.), а в зоне - отвод инструмента.

Во время прохождения зоны инструментальный блок находится уже в раскрытом, исходном положении. При этом осуществляются съем готового изделия, свободный пробег (когда могут проводиться осмотр инструмента, его замена, очистка и т.д.) и загрузка в инструментальный блок новой заготовки.

Таким образом, орудия обработки (инструментальные блоки) перемещаются непрерывно по окружности и многократно дискретным образом воздействуют на обрабатываемые объекты, которые перемещаются по окружности с той же транспортной скоростью и вступают однократно в контакт с орудиями обработки.

Одношпиндельные автоматы

Наиболее распространенные типы одношпиндельных токарных прутковых автоматов:

· фасонно-отрезные,

· фасонно-продольного точения,

· токарно-револьверные.

Фасонно-отрезные автоматы являются высокопроизводительными станками; их применяют в крупносерийном и массовом используются для изготовления из прутка (или бунта) мелких деталей простой формы (рис. 4.9). Пруток 2 закрепляется во вращающемся шпинделе с помощью цангового патрона 3. Обработка ведется резцами 4 и 7, закрепленными в суппортах 1 и 5, перемещающихся только в поперечном направлении. Заданная длина детали обеспечивается выдвижением прутка до подвижного упора 6. Некоторые модели фасонно-отрезных автоматов имеют продольный суппорт для сверления отверстий.

Рис. 4.9. Схема обработки заготовки на фасонно-отрезном автомате

Автоматы продольного точения предназначены для изготовления из прутка высокоточных деталей относительно большой длины и малого диаметра (рис. 4.10) в условиях массового производства, Обработка производится неподвижными или поперечно перемещающимися резцами 5, 6, 8, 10 и 12,

Рис. 4.10. Схема обработки заготовки на автомате продольного точения:

закрепленными в суппортах 7, 9, 11 и 13, при продольном движении подачи вращающегося прутка 4. Вращательное главное движение и движение подачи прутка осуществляется шпинделем 16 и шпиндельной бабкой 3 соответственно. Для уменьшения прогиба и вибрации прутка под действием сил резания передний конец его пропускается через люнет 2, закрепленный на суппортной стойке 14. На стойке смонтированы три (или два) вертикальных суппорта 7, 9 и 11. Суппорт 13 балансирного типа несет два резца 5 и 12 и совершает качательное движение вокруг оси 15. Сочетание продольного и поперечного перемещений резца позволяет получить на заготовке заданные фасонные поверхности. Отрезной резец в конце рабочего хода (после отрезки обработанной детали 17) при последующем разжиме цангового патрона и отходе шпиндельной бабки в положение, соответствующее началу цикла обработки следующей заготовки, служит упором для прутка.

Обработка центрального отверстия (сверление, развертывание, нарезание резьбы метчиком), а также нарезание наружной резьбы плашкой производится с помощью двух- или трехшпиндельных приспособлений 7, которые могут совершать независимые поступательное движение и вращательное .

Токарно-револьверные автоматы применяется в условиях крупносерийного и массового производства для обработки сложные по форме детали с применением нескольких последовательно или параллельно работающих инструментов находят (рис. 4.11). Для размещения большого

Рис. 4.11. Схема обработки на токарно-револьверном автомате:

числа инструментов, необходимых для обработки таких деталей, эти автоматы оснащены продольным суппортом 5 с шестипозиционной револьверной головкой 4, несколькими поперечными суппортами 8 (передним и задним) и одним (двумя) верхним 3. В отличие от автоматов продольного точения шпиндельная бабка 1 токарно-револьверного автомата установлена на станине жестко и продольного перемещения не совершает. Шпиндель 2 автомата для нарезания резьбы на заготовке невращающимся инструментом вращается в двух направлениях: по часовой стрелке (для свинчивания инструмента)и против часовой стрелки (при нарезании резьбы). После отрезки обработанной детали и разжима цангового патрона пруток /подается до Упора 6, ограничивающего величину перемещения прутка. Инструменты, размещенные на суппортах и в револьверной головке, Могут работать как последовательно, так и параллельно.

Различные средства автоматизации в одношпиндельных автоматах определяют структуру управления. Структурная схема автомата выявляет функции и принципиальное построение механизмов, осуществляющих цикл обработки; она необходима также для оценки возможных вариантов систем управления.

На рис. 4.12 показаны две структурные схемы, по принципу которых построены одношпиндельные автоматы.

На первой структурной схеме (рис. 4.12, а) показан цикл работы автомата при управлении одним распределительным валом (РВ), Который дает команду механизмам рабочих (РХ) и холостых (XX) . Шпиндель автомата получает вращение от электродвигателя М через звено настройки . Частота вращения РВ, а следовательно и время цикла регулируются звеном настройки По такому принципу работают одношпиндельные автоматы продольного точения.

На второй структурной схеме (рис. 4.12, б) показан принцип работы одношпиндельного автомата, у которого управление механизмами РХ и XX осуществляется не только от РВ, но и от вспомогательного вала (ВВ), который в отличие от РВ вращается с постоянной скоростью, т. е. не имеет звена

Рис. 4.12. Структурные схемы одношпиндельного автомата продольного точения (а) и токарно-револьверного автомата (б):

Ш - шпиндель; ВВ - вспомогательный вал; РВ - распределительный вал; РХ - рабочий ход; ХХ - холостой ход; , - муфты; ,

настройки частоты вращения. Скорость вращения шпинделя настраивается звеном настройки , а частота вращения РВ -- звеном настройки ,. Вспомогательный вал через механизмы холостых ходов осуществляет реверс шпинделя и изменение частоты его вращения, управляя муфтами Мф1 и Мф2. По такой структурной схеме выполнено большинство отечественных токарно-револьверных автоматов.

На распределительном валу одношпиндельных автоматов располагаются кулачки:

· продольной подачи револьверной головки (в токарно-револьверных автоматах) или шпиндельной бабки (в автоматах продольного точения);

· включения муфт привода подачи и зажима прутка; включения поворота револьверной головки (на токарно-револьверных автоматах);

· подачи приспособлений (на автоматах продольного точения);

· ряд других командных дисковых кулачков, необходимых для полной автоматизации рабочих и холостых ходов.

Таким образом, управление в токарных прутковых одношпиндельных автоматах осуществляется с помощью распределительного вала (а по второй структурной схеме еще и вспомогательного вала) и кулачков.

Горизонтальные одношпиндельные токарные полуавтоматы бывают: многорезцовые (центровые и патронные), копировальные и многорезцово-копировальные.

Многорезцовые токарные полуавтоматы

Схема работы многорезцового полуавтомата приведена на рис. 4.13. Заготовку 2 обрабатывают несколько одновременно работающих резцов, установленных на продольном 12 и поперечном 3 суппортах. Одновременное участие в работе большого числа резцов, каждый из которых обрабатывает свой участок заготовки, позволяет получить детали заданных форм и размеров путем простейших и коротких циклов работы суппортов и, следовательно, значительно сократить время обработки.

Рис. 4.13. Схема работы многорезцового полуавтомата

Многорезцовые полуавтоматы имеют полуавтоматический цикл работы. Съем детали, установку заготовки, ее зажим в патроне или в центрах передней ; и задней 4 бабок, а также пуск полуавтомата производят вручную. Подвод суппортов с резцами, обработка заготовки, возврат суппортов в исходное положение и остановка полуавтомата производятся автоматически.

Токарные копировальные полуавтоматы

Принцип работы копировальных полуавтоматов показан на рис. 4.14.

В отличие от многорезцовых токарных полуавтоматов в токарных копировальных полуавтоматах основной профиль заготовки 16, зажатой пинолью 9 гидроцилиндра 10, получают при обработке одним резцом 5 методом копирования. Резец устанавливают на верхней части копировального суппорта, привод которого в продольном и поперечном направлениях осуществляется гидравлической следящей системой, управляемой по специальному копиру 8 или по эталонной детали. В результате этого при продольном и поперечном перемещении гидросистемой копировального суппорта резец 5 точно воспроизводит на обрабатываемой заготовке форму и размеры копира. Размеры же рабочего профиля копира точно соответствуют размерам изготовляемой детали.

Рис. 4.14. Схема работы многорезцового полуавтомата.

Средства автоматизации в многошпиндельных автоматах

В многошпиндельных автоматах получила дальнейшее развитие концентрация операций. Заготовки одновременно или последовательно обрабатываются сразу на нескольких позициях станка несколькими инструментами. Многошпиндельные автоматы поэтому называют многопозиционными. Все многопозиционные станки делятся на автоматы параллельного, последовательного, параллельно-последовательного действия и ротационные. На рис. 4.15 показана схема работы горизонтального

Рис. 4.15.. Схема работы горизонтального шестишпиндельного пруткового автомата последовательного действия:

На таких автоматах в каждой позиции производится различная обработка, например: на позиции I -- центрирование заготовки с продольного суппорта и протачивание на ней канавки с поперечного суппорта; на позиции II -- сверление отверстия и протачивание второй канавки; на позиции III - сверление отверстия меньшего диаметра и большей глубины с продольного суппорта и фасонная обточка контура с поперечного суппорта; на позиции IV - накатка рисок; на позиции V -нарезание резьбы в отверстии; на позиции VI -- отрезка заготовки и подача прутка до упора.

Для обработки простых заготовок применяют многошпиндельные автоматы параллельного действия.

Для обработки простых заготовок применяют многошпиндельные автоматы параллельного действия. Принцип их работы показан на рис. 3.16, из которого видно, что на каждой позиции производится одинаковая обработка заготовки, т.е. заготовки обрабатываются параллельно.

Рис. 4.16. Схема работы горизонтального многошпиндельного полуавтомата параллельного действия:

I -- IV -- позиции одновременной обработки четырех заготовок;

Тема 4. Агрегатные станки

Классификация и типовые компоновки

Агрегатными называют станки, которые компонуют из нормализованных и частично специальных узлов и деталей путем объединения их в единый агрегат (рабочий комплекс) с обшей системой управления и контроля.

К нормализованным узлам относят силовые головки, столы и бабки, поворотные делительные столы, корпусные базовые детали (например, станины, стойки), а также валики, шпиндели, зубчатые колеса, втулки и другие детали шпиндельных коробок, элементы зажимных приспособлений и систем управления.

К специальным узлам агрегатных станков относят зажимные приспособления, кондукторные плиты, шпиндельные коробки, систему охлаждения, электрооборудование и др. Специальные узлы проектируют применительно к изготовляемой на станке детали и их количество составляет 10... 30 %.

Агрегатные станки компонуют с учетом специфики конкретных обрабатываемых заготовок. Особенность этих станков - высокая концентрация операций: заготовка в процессе обработки в большинстве случаев неподвижна, и это позволяет обрабатывать ее с нескольких сторон одновременно несколькими десятками инструментов.

На агрегатных станках выполняют сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий, обтачивание наружных поверхностей, протачивание канавок, нарезание резьбы, подрезание торцов, раскатывание цилиндрических и конических отверстий, фрезерование поверхностей, контроль качества продукции.

Традиционные агрегатные станки (с ручным управлением) применяют в массовом и крупносерийном производстве, агрегатные станки с ЧПУ -- в среднесерийном.

Агрегатный станок проектируют специально для изготовления деталей одного типа или нескольких однотипных, поэтому его конструкция существенно зависит от формы и размеров заготовки, а также от технологии ее обработки.

Главное преимущество агрегатных станков состоит в том, что они легко перекомпонуются и сравнительно быстро составляются из стандартных узлов с наименьшими затратами и за довольно короткое время.

Основные унифицированные узлы агрегатных станков (ГОСТ 19468 -- 81):

· стойка вертикальная

· станины с горизонтальными направляющими,

· силовой и поворотный столы,

· станина-подставка под стойку,

· УЧПУ.

Используются также специальные узлы с большим числом унифицированных деталей, например многошпиндельные коробки и одношпиндельные расточные бабки.

Агрегатные станки бывают одно- или многопозиционные; последние позволяют увеличить производительность и уменьшить стоимость изготовления детали.

Типовые компоновки однопозиционных агрегатных станков с обработкой заготовки в одном положении при закреплении ее в стационарном приспособлении 1 показаны на рис. 5.1. Различие станков состоит в том, что обработка ведется с одной (рис. 5.1, а), двух (рис. 5.1, б, в) и трех (рис. 5.1, г -- ж) сторон силовыми узлами 2. Станки такого типа применяют для многосторонней обработки корпусных деталей.

Типовые компоновки многопозиционных агрегатных станков бывают вертикальными (рис. 5.2, а, в), горизонтальными (рис. 5.2, б, г, е) и вертикально-горизонтальными (рис. 5.2, д). На этих станках заготовку обрабатывают последовательно с одной, двух и трех сторон на нескольких позициях поворотного делительного стола 2. Благодаря этому вспомогательное время, связанное с загрузкой-выгрузкой и зажимом-разжимом заготовки, совмещают со временем обработки; несовмещенным остается только время поворота стола.

На рис. 5.2, ж показана компоновка многопозиционного агрегатного станка с центральной колонной.

Типовые компоновки агрегатных станков с круговым движением заготовок в вертикальной плоскости выполняются с поворотным барабаном, на котором монтируются зажимные приспособления. На агрегатных станках барабанного типа обработка ведется с одной, двух и трех сторон.

...