А.Н. Трусова Автоматизация технологических процессов и производств

10

объектов (для АЛ – "станок - станок", для ГПС – "станок - склад - станок"); в ГПС из-за использования принципа концентрации переходов меньшие грузопотоки; в ГПС часто отсутствует прямоточность и требуется большая гибкость изменения грузопотоков. Следует рассмотреть основные компоновки АТСС ГПС: с совмещенной транспортной и накопительной подсистемами, с раздельными транспортными и накопительными подсистемами, комбинированные. Обратите внимание на достоинства и недостатки этих схем, области их использования.

Рассмотрение технических средств следует начать с изучения их классификации и использования принципа модульности.

При изучении технических средств складирования рассматриваются типовые конструкции стеллажных складов (с блочными или клеточными стеллажами, с мостовыми, стеллажными или напольными кранами-штабелерами) и конвейерных складов (элеваторные, проходные гравитационные, подвесные). Также здесь рассматриваются дополнительные средства: штабелеры, перегрузочные средства, пристаночные накопители заготовок.

Изучение транспортных средств ГПС также следует начать с рассмотрения их классификации. Затем рассмотреть конструкции, технические характеристики и особенности эксплуатации 1-2 типовых средств: рельсовых тележек, безрельсовых тележек (робокаров), подвесных транспортных роботов.

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные функции АТСС ГПС.

2.Приведите примеры типовых компоновок ГПС и сравните их по возможной области использования.

3.По каким основным параметрам унифицируются технические средства АТСС?

4.Назовите основные зоны склада.

5.Приведите основные схемы пристаночных накопителей и сравните их.

6.По каким признакам осуществляется классификация транспортных средств АТСС?

7.Поясните принципы маршрутослежения: механический, индуктивный, оптоэлектронный.

11

3.5.Автоматизация контроля

3.5.1.Автоматические средства контроля

Классификация автоматических средств контроля. Их состав и функции. Пассивный и активный контроль. Виды активного контроля: до обработки, во время обработки, после обработки. Конструкции типовых средств контроля. Основные типы и принципы действия преобразователей первичной информации: индуктивные, емкостные, механические, фотоэлектрические, пневматические и пр.

3.5.2.Обеспечение заданной точности обработки в ГПС

Система автоматического управления точностью обработки (САУТО). Принцип работы САУТО для токарной и фрезерной обработки. Состав САУТО. Виды обеспечения САУТО: информационное, математическое, техническое.

Функции САУТО: измерение, преобразование информации в корректирующее воздействие. Алгоритм автоматической подналадки пропорциональным импульсом.

Литература: [1, с. 83-98].

Методические указания

Использование средств активного контроля позволяет автоматизировать процесс управления обработкой, но степень влияния в значительной мере определяется местом проведения активного контроля по отношению к процессу обработки. При изучении основных типов преобразователей первичной информации следует рассматривать их принцип действия, конструктивное исполнение, достоинства и недостатки.

При изучении САУТО следует обратить внимание на необходимость автоматизации процесса корректировки обработки в условиях "безлюдной" технологии. Работу САУТО можно рассмотреть на примере токарной или фрезерно-сверлильной обработки на станках с ЧПУ. Основное внимание в этом разделе следует уделить типовым схемам контроля размеров и реализации функции расчета корректирующего воздействия по результатам измерения. Необходимо разобраться с использованием математических моделей образования погрешностей и

12

собственно САУТО в алгоритме автоматической подналадки пропорциональным импульсом.

Контрольные вопросы

1.Принципиальное отличие устройств активного и пассивного контроля.

2.Какие сигналы формируются в устройствах активного контроля до обработки, во время обработки, после обработки?

3.Приведите примеры прямого и косвенного контроля.

4.Поясните принцип действия, достоинства и недостатки емкостных датчиков, индуктивных датчиков, пневматических датчиков.

5.Поясните работу САУТО на примере токарной обработки.

6.Что входит в математическое и техническое обеспечение САУ-

ТО?

7.Сравните возможности схем измерения на станке в процессе резания, на станке вне резания, вне станка.

8.Как используется модель погрешностей обработки в САУТО?

9.Как определяется величина корректирующего воздействия в САУТО?

3.6. Практические занятия, их наименование и объем в часах

1.	Оценка степени подготовленности изделия к автоматизирован-
ному производству		- 2 часа
2.	Определение показателей надежности элементов и
систем		- 2 часа
3.	Построение циклограмм работы автоматических обрабатываю-
щих ячеек		- 2 часа
4.	Расчет производительности станка 16К20МФ3	- 4 часа

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

4.1. Цель работы

Цель работы – закрепить полученные теоретические знания и ознакомить студентов-заочников с методами проектирования автоматических загрузочных устройств (АЗУ).

13

4.2. Выбор варианта контрольной работы

Вариант контрольной работы студент выбирает по первой букве или двум первым буквам фамилии в соответствии с табл. 4.1.

Каждый вариант контрольной работы состоит из решения следующих задач.

Задача 1. Оценка подготовленности заданной детали к автоматической загрузке (по методике [19]).

Задача 2. Обеспечение требуемой ориентации детали в АЗУ. Задача 3. Расчет магазинного загрузочного устройства (МЗУ) и

определение общего состава АЗУ.

Задача 4. Расчет вибробункерного загрузочного устройства (ВБЗУ).

Задача 5. Схемное проектирование подающих лотков, вторичных ориентирующих устройств.

Номера вариантов контрольной работы

					Таблица 4.1
А	1	КО – КЯ	11	У		21
Б	2	Л	12	Ф		22
В	3	МА – МН	13	Х		23
Г	4	МО – МЯ	14	Ц		24
Д	5	Н	15	Ч		25
Е, Ё	6	О	16	Ш		26
Ж	7	П	17	Щ		27
З	8	Р	18	Э		28
И	9	С	19	Ю		29
КА – КМ	10	Т	20	Я		30

4.3. Методические указания

Перед выполнением контрольной работы следует изучить соответствующие разделы теоретического курса АТПиП. Для этого необходимо воспользоваться литературой [1, 2, 6, 8, 10, 12, 19, 20], в которой содержатся все необходимые данные для выполнения работы.

14

4.4.Порядок выполнения контрольной работы

4.4.1.Оформление контрольной работы

Впояснительной записке приводят все промежуточные преобразования и результаты расчета по всем пяти задачам, а в графической части должны быть представлены:

•общая схема АЗУ;

•эскизы ориентаторов и переориентаторов;

•эскизы вторичного ориентирующего устройства и какого-либо дополнительного элемента (конструкция лотка, магазина и пр.);

•эскиз ВБЗУ с указанием основных конструктивных размеров.

4.4.2.Выбор детали для расчета

Выбрать из приложения в соответствии с заданным вариантом параметры для расчета и номер чертежа детали (табл. П1), чертеж детали представлен в табл. П2.

4.4.3. Оценка подготовленности заданной детали к автоматической загрузке

В основу рассматриваемой методики [19] положен принцип поэлементного анализа конструкции деталей с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматического выполнения дискретных операций ориентации деталей в пространстве и во времени, подачи их в рабочие органы, базирования в рабочей позиции, съема, транспортировки.

Параметрами дифференцированной схемы оценки (см. табл. П3) являются: конфигурация, физико-механические свойства материала и поверхности, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношения, показатели симметрии, специфичные свойства детали и т.д. Определены семь ступеней, каждая из которых характеризует качественно определенную совокупность свойств конкретной детали.

Для удобства каждой ступени и разряду присвоены коды. Значение кода возрастает пропорционально сложности автоматизации по данному признаку. Высокий балл соответствует недостаточной подготовленности детали к автоматическому производству. Однако более полную характеристику деталей дают не единичные коды, а общая сумма баллов. В зависимости от полученной суммы баллов установлены четыре категории сложности автоматизации (см. табл. П4).

15

4.4.4. Обеспечение требуемой ориентации детали в автоматическом загрузочном устройстве

В общем случае устройство ориентации (УО) должно в себя включать:

—устройство подготовки к ориентации (систематизация потока);

—ориентаторы ( i = 1 ... k);

—переориентатор, если нецелесообразно на выходе УО получать сразу требуемое положение.

Обычно ориентация идет на базовых плоскостях. В ВБЗУ вибродорожка — основная ориентирующая плоскость, а обечайка — направляющая ориентирующая плоскость.

Необходимо выбрать и обосновать выбор принципа силового воздействия, датчиков ориентации, способ ориентации и устройства ориентации. Необходимо начертить эскизы всех используемых ориентаторов [1, с. 27-30; 6, с.317-339] со степенью детализации, достаточной для понимания принципа их работы.

4.4.5.Расчет МЗУ и определение общего состава АЗУ

Обобщенная схема АЗУ включает в себя много разнообразных механизмов: бункеры, магазины, лотки-накопители, отсекатели, ворошители, делители потока, толкатели, адресователи, кантователи, сбрасыватели и пр. Необходимые механизмы выбираются исходя из геометрических и физических свойств детали и необходимости выдачи детали в требуемом положении.

МЗУ рассчитываются на производительность и отсутствие заклинивания.

Производительность любого загрузочного устройства определяется производительностью обслуживаемого им станка:

Qзу = Кn Q a ,

(1)

где Qзу – производительность загрузочного устройства; Kп – коэффициент переполнения , Kп = 1,1...1,3; Qа – производительность станка - автомата.

Производительность МЗУ зависит от времени цикла, то есть времени между выдачей двух деталей:

	Q	мзу	=	1	,	(2)
				Тц

где QМЗУ – производительность МЗУ; Тц – время цикла МЗУ.

16

Время цикла в общем случае содержит в себе ряд составляющих:

Тц = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 , (3)

где Т1 – время на заполнение питателя очередной заготовкой; Т2 – время на перемещение питателя в позицию разгрузки; Т3 – время на разгрузку питателя; Т4 – время на возвращение питателя в исходное

положение.

Рис. 1. Схемы для расчетов загрузочных устройств с лотками

Составляющие времени Т2, Т4 определяются средней скоростью питателя (рекомендуется не более 0,3.....0,5 м/с) и путем, проходимым питателем (определяется конструктивно). Составляющая Т3 зависит от способа разгрузки питателя. Составляющую Т1 для случая вертикального перемещения детали (рис. 1, а) определяют по формуле

Т1 = К	2 Н	,	(4)
	g

где Н – высота перемещения (часто размер детали), м; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; К – коэффициент запаса, учитывающий трение о стенки лотка, К = 1,5 ... 2.

Для случая наклонного лотка (рис. 1, б) формула для расчета Т1 меняется:

	2 L
Т1 = K	g (sin α − f cos α),	(5)

17

где L – длина перемещения детали вдоль лотка, м; f – коэффициент трения , f = 0,1... 0,2 - для скольжения, f = 0,02... 0,05 – для качения; α – угол наклона лотка, для скольжения α ≥ 25 ... 35°, для качения α ≥ 7 ...

10°.

В некоторых случаях значение f может меняться, например, для случая углового лотка (рис. 1, в) надо использовать значение f = f / sinβ. При скольжении значение f может быть выбрано из табл. П5.

При малой длине направляющей стороны заготовки последние могут заклиниваться в лотках. Поэтому необходима проверка на отсутствие заклинивания. Схема расчета ясна из рис. 1, г. Между деталью и стенками лотка существует зазор C = B - l. Деталь может повернуться и начнет касаться стенок двумя точками, через которые можно провести прямую. Эта прямая образует с прямой, перпендикулярной направлению движения, угол γ. Если угол γ становится меньше или равен углу трения ρ , то произойдет заклинивание. Тогда условие заклинивания

	tg γ = tg ρ = f .				(6)
Отсюда условие незаклинивания
l max	+ C min B	d 2	+ l 2		(7)
		1 +	,
			f 2

где f – коэффициент трения между стенкой и заготовкой, f = 0,1... 0,4 или по табл. П5; lmax – максимальная длина детали; Cmin – минимальный зазор, равный 0,5.... 1 мм.

При изменении формы детали может меняться смысл составляющих в формуле. Например, для детали (рис. 1, д) dф=( d1 + d2)/ 2.

Длинные детали могут заклиниваться на поворотах лотка, поэтому на поворотах следует увеличивать ширину лотка. Расчетная схема представлена на рис. 1, ж. Ширина лотка рассчитывается по формуле

B = R − R 2 −	l 2	+ d + C .	(8)
	4
Радиус закругления принимают R ≥ 3 l.

4.4.6.Расчет вибробункерного загрузочного устройства (ВБЗУ)

Методика проектирования ВБЗУ [6, с. 229-241; 8, с. 221-225; 12, с. 426-430] включает расчеты режима работы, конструктивных размеров чаши, основных параметров движения изделий, амплитуды колебаний лотка, колебательной системы, движущей силы вибратора.

18

Расчет режима работы ВБЗУ подразумевает определение средней производительности QСР, средней скорости движения изделия по лотку VСР, коэффициента заполнения лотка kЗ.

Средняя производительность ВБЗУ

QCP = QCТ /( 1 −kН ),

(9)

где QСТ – цикловая производительность оборудования, в ритме которого должно работать ВБЗУ, в данном случае QСТ = QМЗУ; kН – коэффициент, учитывающий нестабильность подачи изделий ВБЗУ (из-за изменения степени заполнения бункера, изменения напряжения сети, непостоянства коэффициента трения, загрязнения лотков), kН =0,2…0,3.

Средняя скорость движения изделия по лотку (мм/с)

V	=	QCР lИ		,	(10)
CP		60	kЗ

где lИ – длина изделия (размер в направлении движения), мм; kЗ – коэффициент заполнения лотка изделиями в требуемом ориентированном положении, он зависит от типа ориентирующих устройств (устройства пассивной ориентации разряжают поток, активные – не разряжают, т.е. не снижают производительности).

Коэффициент заполнения лотка изделиями определяется по формуле

kЗ = Р( l0 ) CП ,

(11)

где Р(l0 ) – коэффициент вероятности правильно ориентированных

изделий; СП – коэффициент плотности потока изделий. Коэффициент плотности потока изделий рассчитывается как

CП = lИ /( lИ + S ) ,

(12)

где S – среднее значение зазора между изделиями на лотке (при S = 0,

СП = 1).

При пассивном ориентировании симметричных валиков и втулок по цилиндрической поверхности (при lИ > d)

Р( l	0	) ≈1 /	1 +( d / l		И		)2 ,			(13)
для несимметричных деталей
Р( l	) = 0,5 /			1 +( d / l		И	)2		.	(14)
0

Для тонких симметричных пластин (b< lИ >>δ) и длинных цилиндрических деталей lИ >10d, коэффициент Р(l0) ≈1.

19

При использовании в приводе ВБЗУ электромагнитного вибратора любую скорость, меньшую предельной, можно легко получить за счет изменения амплитуды колебания лотка.

Расчет конструктивных размеров чаши включает определение диаметра D, высоты Н, шага лотка t, объема VД загружаемой партии. Различают чаши цилиндрические и конические (рис. 2).

Для цилиндрической чаши наружный диаметр определяют по формуле

D = DВ + 2 ∆,

(15)

где DB – внутренний диаметр чаши, мм, DB > (5…8) · lИ; ∆– толщина стенки бункера, мм.

Толщину ∆ обечайки чаши выбирают в зависимости от технологии изготовления: для точеных чаш ∆ = (2 ÷ 3) мм; для сварных чаш

∆ = (1 ÷ 1,5) мм.

Внутренний диаметр чаши определяется из выражения

DВ = 3	VД QCP Т n z ,	(16)
	π НР

где VД – наружный объем одного загружаемого изделия, мм3; Т – период времени между заполнениями чаши, с; n – число заходов вибродорожек; z – число каналов на каждой вибродорожке; НР – высота заполнения чаши изделиями, мм.

Для конической чашинаружный диаметр определяют по формуле

D = D			H		24 VД QЦ Т n z			−0,75 −1,5			+ 2 ∆, (17)
	B				π D2	H				+1
		H P					P
					B

где DВ – внутренний диаметр конической чаши, мм, DВ = (5…8) · lИ; Н – полная высота чаши, мм.

Полученное значение диаметра чаши D округляют до ближайшего большего стандартного значения из ряда 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630 … 1000 мм.

Остальные параметры конической чаши рассчитываются так же, как и для цилиндрической чаши.

Высота заполнения чаши изделиями находится из выражения
H P ≈ 2,5 (t + δ) ,	(18)

где t – шаг подъема спирального лотка, мм; δ– толщина лотка, мм.

Полная высота чаши определяется как
H = H P + (1,0 ÷1,5) t .	(19)