В.В. Трухин Технические средства системы стружки в условиях ГПС

Министерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра гибких автоматизированных производственных систем

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СИСТЕМЫ УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ В УСЛОВИЯХ ГПС (РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ)

Методические указания к практическим занятиям по курсу "Технические средства автоматизации" для студентов специальности 210200 "автоматизация технологических процессов

и производств (в машиностроении)"

Составители В.В.Трухин Н.А.Алехин Ю.В.Видманкин

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 4 от 11.01.2000

Рекомендованы к печати методической комиссией специальности 210200 Протокол № 260 от 16.03.2000

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных проблем по сокращению ручного труда в машиностроении является дробление и отвод стружки, образующейся при резании.

За последнее время широкое распространение получили автоматические станки, автоматические линии, станки с числовым программным управлением, ГПМ и ГАП, при использовании которых необходимо применение только автоматизированных и автоматических систем удаления стружки.

При решении этой проблемы необходимо выделить две задачи.

1. Дробление стружки на автоматическом оборудовании с применением стандартного режущего инструмента (создание пакета диаграмм стружкодробления и подготовки УП для станков с ЧПУ).

2.Автоматическое удаление стружки из зоны обработки, от станка

кместу ее сбора.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Закрепление теоретических знаний по курсу "Технические средства автоматизации" и развитие навыков самостоятельного решения технологических и проектных задач по расчету и выбору оборудования системы автоматизированного удаления стружки в условиях ГПС.

2.ПЕРЕЧЕНЬ ВЫПОЛНЯЕМЫХ ЗАДАНИЙ

Всоответствии с индивидуальными заданиями студента необходимо выполнить следующий объем работы:

1.Определить вид стружки при механической обработке деталей из различных металлов.

2.Рассчитать объем удаляемой стружки от станков.

3.Рассчитать количество собираемой стружки с 1 м2 участка (цеха) в течение года.

4.Выбрать способ и технические средства для транспортировки металлической стружки.

5.Разработать компоновку системы удаления стружки.

6.Составить отчет.

2

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУЖКИ

На современных машиностроительных и металлообрабатывающих заводах выход металла в стружку составляет в среднем 10-20 %, а в некоторых случаях 40-50 % от веса обрабатываемых деталей. Имеется немало предприятий, на которых суточный выход металла составляет 200-300 т и более. В отдельных цехах таких заводов выход металла в отходы составляет 100-200 т.

Металлические отходы механических цехов заводов с точки зрения их последующей переработки распределяются следующим образом:

а) стружка, не требующая дробления – 70 %; б) витая стружка, требующая дробления – 25 %; в) прочие отходы (обрезки и куски) – 5 %.

В зависимости от применяемого режущего инструмента, режима резания, а также оборудования, на котором производится съем стружки, и сорта обрабатываемого металла изменяются форма, вид и состояние стружки.

По физическим свойствам всю стружку можно разделить на следующие основные группы:

1. Чугунная элементная стружка различного сечения с большим удельным весом, с хорошей транспортабельностью; при длительном хранении плотно слеживается и образует сплошную ржавую массу. Насыпной вес ее составляет 1,7-1,9 т/м3.

2.Стальная элементная стружка, представляет собой крошку и кусочки снятого металла, не свивающиеся или почти не свивающиеся в спиральные кольца; при хранении на открытом воздухе она быстро ржавеет, обладает хорошей транспортабельностью. Такая стружка получается на станках с применением многолезвийного или однолезвийного инструмента со стружколомами при нормальных скоростях реза-

ния и нормальной геометрии режущего инструмента. Насыпной вес ее составляет 1,0-1,5 т/м3.

3.Стальная элементная стружка комкообразная, сильно нагартованная, получается при силовом резании однолезвийным инструмен-

том; обладает хорошей транспортабельностью. Насыпной вес составля-

ет 0,4-0,7 т/м3.

3

4.Стальная спиральная стружка, имеющая форму гибкого прута

или туго свитой пружины разной длины; транспортабельность худшая в сравнении с предыдущими. Насыпной вес 0,3-0,6 т/м3.

5.Стальная сливная стружка, представляющая собой крупные спиральные витки с сечением до 40-60 мм2, однослойные витки того же сечения, однослойные витки саблеобразного вида и большого диаметра (до 1 м и более), легко перепутывающиеся между собой и образующие бесформенные рыхлые клубки. Такая стружка получается при скоростном точении резцами с положительным передним углом. Этот вид

стружки наименее пригоден для транспортировки из-за большой объемности. Насыпной вес ее составляет всего 0,1-0,25 т/м3.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ ИЗ ЗОНЫ РЕЗАНИЯ

В соответствии с требованиями ГОСТ 2787-75 и методических указаний по созданию ГАП стружка от роботизированной технологической ячейки (РТЯ) и ГПМ должна отводиться автоматически (по видам обрабатываемых на участке материалов), а применяемые для ее удаления устройства должны управляться от систем числового программного управления, обладать высокой надежностью и состоять из унифицированных модулей.

При обработке резанием на современном оборудовании (станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, автоматизированные участки и линии) большое значение имеет эффективное дробление стружки и надежное управление стружкообразованием.

Высокая производительность при точении резцами с многогранными неперетачиваемыми пластинами достигается только в случае образования короткой дробленой стружки, легко отводимой из зоны резания.

Основными факторами, влияющими на стружкообразование и дробление стружки, являются: подача и глубина резания, главный угол в плане, форма пластинки, ее тип (с покрытием или без покрытия), тип стружколожной канавки, угол наклона режущей кромки, вылет пластины из корпуса, обрабатываемый материал.

Применение станков с ЧПУ выявило ряд трудностей и проблем, связанных с автоматическим регулированием переменных факторов (свойства обрабатываемых материалов, износ инструмента и др.),

4

влияющих на стружкообразование и получение оптимальных форм и размеров стружки.

Принцип решения задачи по созданию системы надежности управления стружкообразованием лежит в области подготовки УП на основе диаграмм стружкодробления для сменных многогранных пластин (СМП), системы адаптивного управления и др.

Весь процесс удаления стружки можно разделить на следующие этапы:

1) удаление из зоны обработки (очистка частей установочных элементов приспособлений);

2)удаление со станка (очистка частей из узлов станка);

3)удаление от станка к месту ее сбора, что также включает и уборку разлетевшейся вокруг станка стружки.

Несвоевременное удаление стружки из зоны обработки может препятствовать автоматической загрузке и разгрузке заготовок, работе средств автоматического контроля параметров технологического процесса, снижать точность установки заготовок в приспособлении.

ГПС направлены на автоматизацию в основном серийного и единичного производства. При таком производстве на одном и том же станке обрабатываются заготовки из различных материалов, смешивание стружки которых недопустимо. При переналадках ГПС на обработку новой партии заготовок из другой группы материала необходимо, чтобы время перестройки этой системы под прием нового материала не превышало время перестройки основной системы, то есть она должна обладать определенным быстродействием. Таким образом, система удаления стружки в условиях ГПС должна обеспечить автоматизированное удаление ее на всех этапах без смешивания по группам обрабатываемого материала, для чего она должна обладать способностью быстро перенастраиваться.

Решение автоматизации первого этапа можно существенно облегчить соответствующей конструкторской проработкой технологической оснастки (наличие уклонов, кожухов и т.п.), обеспечивающей беспрепятственный отвод стружки из зоны обработки. Необходимость автоматизации двух других этапов удаления стружки в ГПС также очевидна.

Из применяемых в настоящее время способов только гидравлической и пневматической могут обеспечить гарантированный автоматический отвод стружки из зоны резания и исключить ее попадание на

5

трущиеся части станка, транспортно-накопительных систем и базовые поверхности приспособлений.

Поэтому в тех случаях, когда в условиях ГАП на всех РТЯ обрабатываются заготовки из одного материала, а для отвода стружки из зоны резания применяется смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), стружка на участок переработки перемещается, как правило, также гидроспособом или при помощи системы различных типов конвейеров.

При обработке заготовок без применения СОЖ в условиях, когда станки не приспособлены к автоматическому отводу дробленой стружки в зоне резания за счет гравитации, а также при обработке заготовок из различных материалов применяются групповые пневмоустановки всасывающего типа конструкции ВПТИэлектро [3, 6].

Такие установки предусматривают размещение у каждого станка индивидуальных стружкоотделителей, наличие которых позволяет удалять из зоны резания стружку по видам обрабатываемых материалов, накапливать ее в емкостях стружкоотделителей и автоматически выгружать на конвейеры, обеспечивающие ее перемещение на участок переработки.

Заканчивается процесс уборки стружки ее переработкой в специальном отделении сбора и переработки, где происходит ее сортировка, обезжиривание, дробление, магнитная сепарация, сушка и брикетирование.

5. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА ТРАНСПОРТИРОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ

Правильное техническое и экономическое решение при выборе транспортных средств зависит от массы образующейся стружки, вида стружки, марки обрабатываемого материала, производственных площадей, вида и компоновки металлорежущего оборудования, возможности создания приямков, тоннелей и каналов.

При выборе способов удаления и переработки стружки определяют ее количество как разность массы заготовок и деталей. При укрупненных расчетах массу стружки можно принимать равной 10-15 % массы готовых деталей [1].

Для облегчения транспортирования длина стружки должна быть не более 200 мм, а диаметр спирального витка – не более 25-30 мм.

6

Техническое решение по организации сбора и транспортирования стружки зависит от годового количества стружки, образованного на 1 м2 цеха (корпуса). Критерием оценки выбранного варианта являются минимальные приведенные затраты на годовой выпуск.

При количестве стружки до 0,3 т в год, приходящейся на 1 м2 площади цеха, целесообразно собирать стружку в специальные емкости и доставлять к месту сбора или переработки напольным транспортом. В ГПС для этой цели используют транспортные роботы. Указанный способ транспортирования всегда применяют, когда на участке обрабатывают заготовки из разнородных материалов.

При количестве стружки 0,3-0,65 т в год на 1 м2 площади цеха предусматривают линейные конвейеры вдоль станочных линий со специальной тарой в конце конвейера в углублении на подъемнике. Заполненную стружкой тару вывозят на накопительную площадку или участок переработки.

Если на 1 м2 площади цеха приходится 0,65-1,2 т стружки в год при общем количестве не менее 3000 т в год, рекомендуется создавать систему линейных и магистральных конвейеров, которые транспортируют стружку на накопительную площадку или бункерную эстакаду, расположенную за пределами цеха для погрузки в автосамосвалы.

Для крупных цехов при количестве стружки более 1,2 т в год на 1 м2 площади цеха и при общем количестве более 5000 т в год экономически целесообразно создавать комплексно-автоматизированную систему линейных и магистральных конвейеров с выдачей стружки в отделение переработки [2].

В зависимости от материала стружки наибольшее распространение на отечественных машиностроительных предприятиях получили конструктивные разновидности конвейеров, приведенные в табл. 1.

Линейные конвейеры размещают в каналах глубиной 600-700 мм, а магистральные - в проходных тоннелях глубиной до 3000 мм.

При размещении станков участков необходимо группировать линии по видам обрабатываемых материалов, располагая линейные конвейеры с тыльной стороны линии. Учитывая сложность транспортирования витой стружки, целесообразно приближать участки с оборудованием, на котором образуется витая стружка, к отделению переработки стружки.

7

Таблица 1 Конструктивные разновидности конвейеров для стружки

	Материал	Линейные конвейеры		Магистральные конвейеры
		Вид	Ширина,	Вид	Ширина,
	стружки
			мм		мм
	Сталь	Пластинчатые,	400-500	Пластинчатые,	800
		витые, ершо-		скребковые
		во-штанговые
	Чугун	Скребковые,	180-500	Скребковые,	800
		пневмо-		ленточные
		транспортные
	Алюминий	Лотковые с	250-450	Пластинчатые	600
		гидросмывом

Среднее количество стружки, по опытным данным ряда машиностроительных предприятий, образующееся при обработке на станках различных типов в смену составляет: расточной – 12-24 кг; токарный –

20кг; фрезерный – 48-72 кг; карусельный – до 90 кг [5].

Вприложении 1, 2 приведены образцы моделей транспортных средств, применяемых для удаления стружки на машиностроительных предприятиях отрасли.

6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные виды стружки при обработке резанием различных металлов.

2.Основные факторы, влияющие на стружкообразование и дробление стружки.

3.Укажите современные средства автоматизированной транспортировки стружки.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мамаев В.С., Осипов Е.Г. Основы проектирования машиностроительных заводов. – М.: Машиностроение, 1974.

8

2.Мельников Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов. – М.: Машиностроение, 1990.

3.Монсырев И.Г., Козарь И.И., Фирсов А.М. Удаление стружки в условиях ГПС: Сб. технического семинара. – Л.: ЛДНТ, 1985.

4.Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей / Под ред. Ю.М.Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1989.

5.Рябов В.В. Механизация удаления стружки в механических цехах. – М.: Машиностроение, 1984.

6.Елизаров А.П. Автоматизация удаления стружки из зоны резания в условиях роботизированных гибких производств. – М.: Электротехника, 1984. - № 4.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Скребковые и шнековые конвейеры для транспортирования стружки

Наименование	Тип модели,	Ширина,	Длина, м	Произво-	Мощность	Примечание
	чертеж	мм		дитель-	приводов,
				ность, т/ч	кВт
		Скребковые конвейеры
1. Скребковый	КСС-320	320	85	1		Альбом под ред.
конвейер						Соломенцева Ю.М.
2. Скребковый	КСС-500	500	85	5
конвейер
3. Скребковый	КС-30033	300	100	1,5
конвейер							01
4. Комплексная	КВ102203	300х2	61	1,8	20	Кемерово,
система струж-						ВНИПТИМ
коудаления
5. Стружко-	6.0487.11.000СБ	900	50		15	Донецк, Украина,
уборщик						ДЗГШО
6. Комплексная	КВ102.203.000В					Кемерово,
система струж-						ВНИПТИМ
коудаления от
ГПС
Магистральные		600	61	15	11	Кемерово,
(скребковый)						ВНИПТИМ