А.Н. Трусов Автоматизация производственнных процессов в машиностроении

10

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.

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 пре-

11

образователей 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, преобразования 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 степени 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 собственно САУТО в алгоритме автоматической подналадки пропорциональным импульсом.

Контрольные вопросы

1. Принципиальное отличие устройств активного и пассивного контроля.

12

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. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

4.1. Цель работы

Для заданного варианта задания (прил. 1, табл. П1, рис. П1) необходимо рассчитать все виды производительности и построить баланс производительности. Заготовка – штучная, обработке подлежат только торцовая и цилиндрическая (поверхность d) поверхности.

4.2. Порядок выполнения контрольной работы

Подробнее теоретическая и практическая части работы рассмотрены в [17]. Для расчета фактической производительности станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких производственных модулей рекомендуется пользоваться следующей формулой [1]:

13

Qф =		480 ηзагр γ
			,	(1)
	t р +tx1
		+tx2 +tx3 A + ∑tc + ∑tпер

где tx – длительность рабочих ходов, мин; tx1- среднее время загрузкиразгрузки станка; tx2 - среднее время замены координаты; tx3 - среднее время смены инструмента; A - среднее число режущих инструментов, необходимых для обработки одной детали; ηзагр - коэффициент загрузки, определяющий долю планового фонда времени, когда оборудование обеспечено всем необходимым; γ- коэффициент выхода годной продукции, численно равной доле годной продукции, принятой ОТК; Σtс - собственные внецикловые потери: по оборудованию, инструменту (аварийная замена и регулирование) и техническому обслуживанию, мин/шт; Σtпер - среднее время переналадки оборудования, мин/шт.

Составляющие формулы (1) определяют следующим образом. 4.2.1. По типовым схемам (прил. 1) обработки детали установить

вид обработки и число рабочих ходов по каждой элементарной поверхности. Далее определить глубину резания (t), выбрать величину подачи (S) в мм/об и рассчитать скорости резания (v). Рассчитать частоту вращения шпинделя (n) и определить значение минутной подачи (в мм/мин). При расчете времени холостых ходов tx2 принять скорость быстрых перемещений в продольном направлении равной 7500 мм/мин, а в поперечном направлении – 5000 мм/мин. Размер М (расстояние от вершины инструмента до поверхности детали по координате X) рекомендуется принимать не менее 50 мм, а размер N (расстояние от вершины инструмента до поверхности детали по координате Z) - 10 мм (прил. 1, рис. П2, П3). Заполнить расчетные таблицы (табл. П2, П3) и суммированием определить значения времени рабочих ходов tp и холостых ходов на замену координаты - tx2 .

4.2.2. Определение времени на загрузкуразгрузку токарного станка tx1 производить путем составления циклограммы работы комплекса. Циклограмму работы составить на основе табл. П7 прил. 2. Необходимые данные о времени срабатывания механизмов приведены в табл. П4, П5. Скорость перемещения схвата робота определить по табл. П6. Время перемещения детали по каждой из осей следует определять в отдельности.

При разработке циклограммы необходимо записать все элементы движений робота, из которых складывается рабочее движение. Оси ко-

14

ординат робота и данные о пределах его перемещений приведены в прил. 2 рис. П4.

4.2.3. Определение времени на смену инструмента в рабочей позиции tx3 производить по [16, с. 605]. Число используемых режущих инструментов – 2.

4.2.4. Собственные внецикловые потери Σtc складываются из простоев станка и системы ЧПУ [16, с. 629]:

-Σtc станка = (0,05 ... 0,07) (0,4 ... 0,5) = 0,025, т. е. 2,5% от вре-

мени бесперебойной работы станка или 2,5 часа на 100 часов работы,

-Σtc ЧПУ = (5... 7) часов на 100 часов работы, т. е. Σtc =6 + 2,5 =8,5 часов на 100 часов работы.

Тогда на одну деталь:

=8,5 T

∑tc 60 100 , мин.

4.2.5. Коэффициент загрузки ηзагр принять по рекомендациям [16, с. 630]. Коэффициент выхода годной продукции принять из диапазона

0,94 < γ ≤ 1,0.

4.2.6. Потери на переналадку Σtпер определять по формуле

∑tпер=TпZ−з

где Z - размер партии запуска, например, 100 штук; Тп-з – подготовительно-заключительное время, мин. Подготовительнозаключительное время имеет следующую структуру [16, с. 604]:

Тп-з = Тп-з1 + Тп-з2 + Тп-з3 ,

где Тп-з1 - постоянная составляющая, определять по рекомендациям [16, табл. 13]; Тп-з2 - затраты времени на дополнительные работы [16, с. 610]; Тп-з3 - время на обработку пробной детали [16, с. 611].

4.2.7.Подставляя в формулу (1) последовательно рассчитанные составляющие, рассчитать все виды производительности (технологическую, цикловую, собственную и т.д.) и построить графически в выбранном масштабе баланс производительности. Сделать выводы о влиянии потерь на производительность комплекса.

4.2.8.Оформить контрольную работу. Содержание контрольной ра-

боты:

•операционный эскиз детали-представителя;

15

•схемы обработки детали-представителя;

•режимы обработки: t, мм; S, мм/мин; v, м/мин; n, об/мин;

•таблицы расчета tp и tx2 (табл. П2 и табл. П3 прил. I);

•результаты определения tx3;

•расчеты перемещений механизмов робота по осям и циклограмма работы комплекса (прил. 2). Значение tx1;

•расчет значений Σtс, Σtпер и других составляющих;

•результаты расчета всех видов производительности;

•баланс производительности в масштабе;

•выводы по работе.

5.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

5.1. Цель работы

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

5.2. Выбор варианта курсовой работы

Вариант курсовой работы студент выбирает по первой букве или двум первым буквам фамилии в соответствии с табл. 5.1.

Каждый вариант курсовой 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.

16

		Номера вариантов курсовой работы				Таблица 5.1
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

5.3. Методические указания

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

5.4.Порядок выполнения курсовой работы

5.4.1.Оформление курсовой 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.

5.4.2.Выбор детали для расчета

Выбрать из прил.3 в соответствии с заданным вариантом параметры для расчета и номер чертежа детали (табл. П8), чертеж детали представлен в табл. П9.

17

5.4.3. 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. П10) 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. П11).

5.4.4. 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 ориентато-

18

ров [1, с. 27-30; 6, с. 317-339] со степенью детализации, достаточной для понимания принципа их работы.

5.4.5.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. Механизмы выбирают исходя из геометрических и физических свойств детали и необходимости выдачи детали в требуемом положении.

МЗУ рассчитывают на производительность и отсутствие заклинивания.

Производительность любого загрузочного устройства определяют производительностью обслуживаемого им станка:

Qзу = K п Qa,

( 2 )

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
	Тц ,	( 3 )

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

Время цикла в общем случае содержит в себе ряд составляющих:

Тц = Т1 + Т2 + Т3 + Т4 ,

( 4 )

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.

Составляющие времени Т2	, Т4	определяются средней скоро-
стью питателя (рекомендуется не	более	0,3.....0,5 м/с) и путем, прохо-

димым 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	2Н	,	( 5 )
	g

19

Рис. 1. Схемы для расчетов загрузочных устройств с лотками

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 (с):

Т1 = K	2 L	,	( 6 )
	g (sin α − f cos α )

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 / sin β . При скольжении значение f может быть выбрано из

табл. П12.

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 направ-