А.Н. Трусов Технологическая оснастка и устройства автоматизированного производства

1

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Курс ″Технологическая оснастка и устройства автоматизации производства″ изучается в течение 6 семестра. По данному курсу в учебном плане для студентов заочной формы обучения предусмотрено 10 часов лекций, 8 часов лабораторных занятий, выполнение одной контрольной работы. Всего на изучение курса с учетом самостоятельной работы отводится 78 час. Завершается изучение курса зачетом.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

2.1. Цель преподавания дисциплины

Цель преподавания дисциплины состоит в обучении студентов методам и принципам проектирования и расчета автоматических и автоматизированных технических средств, целевых механизмов и технологической оснастки для изготовления изделий машиностроения в условиях автоматизированного производства.

2.2.Задачи изучения дисциплины

Врезультате изучения дисциплины студенты должны знать:

-основные цели, задачи и перспективы автоматизации машиностроения;

-закономерности построения автоматических технических

средств;

-методологию системного решения задач автоматизации;

-методы и средства автоматизации гибкого производства;

-применяемые системы технологической оснастки.

Студенты должны уметь:

- проектировать и рассчитывать основные параметры автоматических технических средств транспортировки, складирования, ориентации и загрузки объектов производства в пределах производственных автоматизированных участков при проектировании новых и реконст-

2

рукции действующих производств, в том числе формулировать задачи автоматизации, выбирать методы и средства автоматизации; - разрабатывать и обосновывать компоновки технологической оснаст-

ки: станочных приспособлений, контрольных приспособлений, вспомогательной оснастки, схватов ПР и др. Проводить необходимые расчеты.

2.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данного курса

"Технологическая оснастка и устройства автоматизированного производства" относится к завершающим обучение курсам и для своего изучения требует знаний по следующим дисциплинам: "Основы робототехники", "Основы мехатроники", "Общая электротехника и электроника", "Теория автоматического управления", "Метрология, стандартизация и сертификация", "Механика ПР", "Электропривод", "Прикладная механика", "Технологические процессы и производства", "Технические измерения и приборы", "Процессы формообразования и инструментальное обеспечение автоматизированного производства", "Основы технологии машиностроения", "Оборудование автоматизированных производств", "Проектирование автоматизированных технологических процессов".

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ

3.1.Проектирование технологической оснастки

3.1.1.Системы приспособлений

Роль приспособлений. Классификация приспособлений. Требования к приспособлениям для станков с ЧПУ. Системы приспособлений: УБП, УНП, СНП, УСП, СРП, НСП, УСПО. Характеристика, основные особенности, область применения. Основные факторы и экономические расчеты при выборе системы приспособлений.

3

3.1.2.Универсально-сборная переналаживаемая оснастка

Предпосылки создания УСПО и особенности конструкции комплекта. Конструкция основных элементов: базовых, корпусных, направляющих, установочных, зажимных и пр. Конструкция гидрофицированных элементов и СЕ. Особенности применения для ГПС.

3.1.3.Методика проектирования приспособлений

Методика проектирования с характеристикой каждого этапа: исходные данные, определение положения заготовки в рабочей зоне станка, выбор серии комплекта, определение степени механизации, выбор базовых и установочных элементов, определение схемы закрепления и выбор зажимных элементов, компоновка приспособления, точностной и силовой расчеты.

3.1.4.Вспомогательные приспособления для станков с ЧПУ

Вспомогательная оснастка для станков токарной группы: с базирующей призмой, с цилиндрическим хвостовиком. Вспомогательная оснастка для станков фрезерно-сверлильно-расточной группы. Настройка режущего инструмента вне станка и на станке. Системы инструментообеспечения ГПС.

3.1.5.Контрольные приспособления

Особенности проектирования и конструкций контрольных приспособлений (КП). Особенности конструкции основных элементов: установочных, зажимных, измерительных и пр. Методика проектирования КП. Разработка принципиальной схемы и компоновки КП. Точностной расчет приспособлений. Выбор измерительного устройства.

Литература: [2, с. 3-46; 3, с. 23-126; 4, с. 3-70; 7, с. 120-143; 11, с. 4-151, с. 281-386, с. 477-483; 12; 13, с. 8-95; 14; 17, с. 67-97; 18, с. 2678; 19, с. 66-110; 20; 21].

Методические указания

При изучении темы необходимо четко уяснить, что такое "технологическая оснастка", как она классифицируется, какие требования предъявляются к ней при использовании станков с ЧПУ. Оснастка не должна уменьшать технологические возможности основного оборудования. При рассмотрении систем станочных приспособлений следует

4

выделять их основные характерные признаки, уметь отличать приспособления одной системы от другой и правильно выбирать для конкретных производственных условий наиболее рациональную систему приспособления.

Обработка на станках с ЧПУ предъявляет целый ряд требований к станочным приспособлениям. Существующие до УСПО системы приспособлений далеко не всегда отвечали этим требованиям. Необходимо уяснить, как предпосылки определили появление системы УСПО и как они реализовались в конструктивных особенностях системы. Следует тщательно изучить состав комплекта и функциональные возможности каждого элемента – без этого невозможно эффективно проектировать компоновки под конкретную операцию. Изучение типовых компоновок [4, 12] позволяет упростить процесс проектирования.

При проектировании НСП создается новое приспособление из оригинальных деталей, которые также надо спроектировать. В УСПО используются готовые детали и сборочные единицы. Это и определяет все отличия в методиках проектирования. Суть точностного расчета УСПО – из допуска на размер вычитают все элементарные погрешности обработки, чтобы определить допустимую погрешность изготовления приспособления, и методом расчета размерной цепи сравнивают ее с фактической точностью изготовления (сборки) УСПО. При силовом расчете проверяется, не нарушается ли положение детали, достигнутое при базировании, за счет сдвига или поворота под действием сил резания. При необходимости в компоновку приспособления вносятся коррективы.

В теме "Вспомогательные инструменты для станков с ЧПУ" необходимо изучить, какие системы вспомогательного инструмента разработаны в России для токарных и фрезерно-сверлильных станков, и научиться эффективно использовать их при проектировании ТП. С практической точки зрения большой интерес представляют рекомендации, приведенные в [17].

Контрольные приспособления проектируются для проверки ка- ких-либо точностных требований к изготавливаемым деталям. Из-за отсутствия силовых нагрузок основным видом расчета является точностной. Принципиально этот расчет похож на соответствующий расчет станочного приспособления, но есть и существенные отличия: другой состав элементарных погрешностей, появление нового элемента – эта-

5

лона, иная цель расчета. Важно уяснить, для чего, когда и как проектируется эталон.

Контрольные вопросы

1.Поясните влияние приспособлений на изменение: tо, tвсп.

2.Дайте краткую характеристику и основные особенности приспособлений систем УНП, СНП, УСП, СРП.

3.Что такое график зон рентабельности приспособлений различных систем?

4.Поясните способы беззазорной фиксации элементов приспособления УСПО между собой.

5.Что такое “модуль” в системе УСПО?

6.Чем отличаются между собой гидрофицированные плиты систем УСПО, УСП и СРП?

7.Что такое “схема закрепления” и требования к ней?

8.Опишите порядок вычерчивания компоновки УСПО.

9.Какова цель точностного расчета при проектировании приспособления систем УСПО и НСП?

10.Какова цель силового расчета при проектировании приспособления систем УСПО и НСП?

11.По каким правилам составляется размерная цепь в точностном расчете?

12.Что такое “расчетная схема” в силовом расчете? Приведите

пример.

13.Какие элементы погрешностей входят в состав суммарной погрешности КП?

14.Из чего состоит погрешность эталона. Как определить составляющие?

15.Общая последовательность выполнения точностного расчета КП. Его цель.

16.Как осуществляется базирование и закрепление резцедержателей с базирующей призмой, с цилиндрическим хвостовиком?

17.Способы настройки режущего инструмента. Их достоинства

инедостатки.

6

3.2. Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов

3.2.1.Конструкции ЗУ

Назначение и классификация ЗУ. Конструкции ЗУ. Неприводные ЗУ. Механические ЗУ. Магнитные, вакуумные ЗУ, ЗУ с эластичными камерами. Особенности конструкций и использования ЗУ для холодной и горячей штамповки, литейного производства. ЗУ для ПР в сборочных операциях.

3.2.2.Расчет ЗУ

Виды расчета ЗУ. Профилирование ЗУ. Расчет сил, действующих в зоне контакта. Расчет привода ЗУ. Расчет на отсутствие деформаций заготовки. Расчет вакуумных ЗУ. Расчет магнитных ЗУ.

Литература: [4, с. 71-92; 6, с. 359-395; 10, с. 153-189; 13, с. 95-108; 16; 18, с. 503-509].

Методические указания

При изучении конструкций ЗУ их следует рассматривать с точки зрения областей возможного применения, требований со стороны процесса загрузки или сборки. Например, при базировании в центрах необходимо обеспечить постоянное положение оси заготовки независимо от ее диаметра, а при базировании на призмы – постоянное положение нижней части наружных базирующих поверхностей. Это требование определяет особенности конструкции ЗУ с тремя губками.

При изучении методов расчета ЗУ необходимо прежде всего рассмотреть цель того или иного расчета, а, следовательно, его целесообразность в каждом конкретном случае. Для правильного выбора расчетной схемы механического ЗУ следует четко представлять возможные положения заготовки в пространстве в процессе загрузки.

Контрольные вопросы

1.Классификация ЗУ.

2.Охарактеризуйте механические ЗУ по характеру крепления.

3.Чем отличаются друг от друга конструкции механических ЗУ с тремя губками: для установки в центрах, для установки на призму?

7

4.Принцип действия вакуумного ЗУ с принудительным поддержанием вакуума, ЗУ с эластичными камерами.

5.Способы компенсации погрешностей взаимного расположения деталей при использовании сборочных роботов.

6.Виды расчетов ЗУ ПР.

7.Какие основные расчетные схемы выделяются при расчете сил, действующих в местах контакта губок и детали?

8.Какие виды расчетов проводятся для вакуумных ЗУ? Их необходимость.

3.3. Автоматизированная транспортно-складская система ГПС (АТСС ГПС)

3.3.1.Компоновки АТСС

Автоматизация грузопотоков в ГПС. Общая характеристика АТСС. Функции АТСС. Типовые компоновки ГПС и АТСС.

3.3.2.Технические средства АТСС и их расчет

Классификация технических средств АТСС. Средства складирования: склады (типы и области их применения; зоны склада; грузопотоки; рекомендации по проектированию), штабелеры, перегрузочные устройства, пристаночные накопители. Транспортные средства. Классификация. Характеристика средств наземного и подвесного транспорта. Средства загрузки оборудования. Промышленные роботы. Перегрузочные устройства, магазины спутников. Дополнительные средства автоматизации в ГПС. Расчет АТСС ГПС.

Литература: [1, с. 68-82; 4, с. 93-137; 5, с. 125-141, с. 303-342; 8; 9, с. 326-341; 17, с. 67-97, с. 148-183].

Методические указания

Прежде всего следует уяснить, почему АТСС является основной подсистемой ГПС (не считая собственно обрабатывающей). Она определяет планировку собственно ГПС и существенно влияет на все характеристики ГПС: стоимость, надежность, гибкость, производительность и др.

8

Основная проблема при проектировании АТСС – выбор ее компоновки. Выбранная же компоновка в значительной мере определяет состав основных складских и транспортных технических средств. Существует большое количество систем классификации компоновок АТСС ГПС. Предложенная классификация [4] позволяет достаточно полно описать существующие компоновки ГПС и определить достоинства и недостатки каждого из четырех классификационных типов. Отсюда можно определить области наиболее эффективного их использования. Поэтому понимание основных признаков и функциональных особенностей предложенных типов компоновки очень важно. Изучение собственно технических средств АТСС, их технических возможностей и характеристик, особенностей управления необходимо для правильного выбора в конкретных производственных условиях. Эту задачу студент будет в дальнейшем решать в курсовом (курс "Проектирование автоматизированных систем") и дипломном проектировании.

К сожалению, в настоящее время явно недостаточно инженерных методик, позволяющих расчетным путем точно определить наилучший тип компоновки АТСС, определить наиболее эффективный вариант планировки оборудования, уровень автоматизации АТСС по функциям, выбрать и рассчитать потребное количество необходимых технических средств. В [4] приведен пример расчета количества необходимого технического оборудования для одного из типов АТСС. На этом примере необходимо уяснить основную логику расчета. Потребное количество оборудования определяется через его загрузку на определенный интервал времени (в данном случае – месяц). Для решения более сложных случаев в настоящее время широко применяются методы математического моделирования и вычислительная техника. Изучение этих методов выходит за рамки данного курса.

Контрольные вопросы

1.Какие четыре типа компоновки АТСС имеют наибольшее применение в ГПС?

2.Достоинства и недостатки подвесных транспортных систем.

3.Как базируются и крепятся приспособления-спутники на рабочем столе станка?

4.Основные унифицированные характеристики оборудования АТСС ГПС.

9

3.4. Практические занятия, их наименование и объем в часах

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

4.1. Цель работы

Цель работы – закрепить полученные теоретические знания и ознакомить студентов-заочников с методами проектирования и расчета станочных приспособлений с использованием системы приспособлений УСПО.

4.2.Выбор варианта контрольной работы

Вконтрольной работе необходимо спроектировать компоновку механизированного станочного приспособления из комплекта УСПО и выполнить необходимые силовые и точностные расчеты для одной из операций технологического процесса механической обработки, спроектированного студентом в курсовом проекте по дисциплине "Проектирование автоматизированных технологических процессов". Учитывая особенности комплекта УСПО, рекомендуется выбирать в качестве такой операции обработку на фрезерных или сверлильных станках с ЧПУ (не токарных – из-за особенностей базирования).

4.3. Методические указания

Перед выполнением контрольной работы следует изучить соответствующие разделы теоретического курса. Для этого необходимо воспользоваться литературой [2, 3, 4, 7, 11, 12, 13, 17, 20, 21], в которой содержатся все необходимые данные для выполнения работы.

В работе необходимо выполнить следующее: