Вопросы автоматизации в машиностроении

А.А. Погонин, М.С. Чепчуров



            Вопросы автоматизации в
            машиностроении










Москва





                znanium com





электронно-библиотечная система
Инфра-М

2017

     А.А. Погонин, М.С. Чепчуров



            Вопросы автоматизации в машиностроении


Учебное пособие







                      Москва
                Инфра-М; Znanium.com

2017

Погонин, А.А.

     Вопросы автоматизации в машиностроении: учебное пособие / А.А.
Погонин, М.С. Чепчуров. - М.: Инфра-М; Znanium.com, 2017. - 196 с.

ISBN 978-5-16-102759-2 (online)



















ISBN 978-5-16-102759-2 (online)

© А.А. Погонин, М.С. Чепчуров, 2017

    ВВЕДЕНИЕ


      Рост объемов производства промышленной продукции в свое время инициировал повсеместное внедрение автоматического и автоматизированного оборудования. Со времен мануфактурного производства главной целью автоматизации являлось увеличение количества выпускаемых изделий при их стабильном качестве, выражающемся в неизменности потребительских характеристик.
      За период, прошедший с начала промышленной революции, были созданы различные автоматические станки, автоматические линии и целые автоматические и автоматизированные производства. С возникновением электронных средств управления оборудованием и производствами появилась возможность создавать совершенные системы управления, обеспечивающие не только высокий темп производства изделий, но и быстрое изменение номенклатуры выпускаемых изделий, модельного ряда, типов изделий и т.п. Современные системы автоматизации на CNC и DNC управлении позволяют создавать гибкие автоматизированные производства (ГАП) для металлообработки,сборки, сварки, покраски, литья пластмасс и т.д. Такие производства нашли свое применение в электронной промышленности, автомобиле- и приборостроении, промышленности строительных материалов.
      Исторически сложились два типа автоматизации: «жесткая» (hard) и «гибкая» (soft) [2]. Жесткая автоматизация традиционно используется для производства изделий не изменяющих с годами своих характеристик, качества продукции. Автоматы, построенные по этому принципу, применяются в машиностроении, металлообработке,приборостроении. Так, например, автоматы холодной высадки (холодной объемной штамповки) широко используются для производства крепежных изделий.
      В автомобильной, радиоэлектронной, электротехнической промышленности происходит постоянная смена номенклатурного и модельного ряда, в производстве могут находиться одновременно несколько моделей. Реализация всех этих требований возможна только в гибком автоматизированном производстве, позволяющем производить быструю переналадку оборудования. Сущность переналадки заключается в смене технологической оснастки и загрузке соответствующего программного обеспечения.
      При автоматизации производства того или иного изделия решается достаточно широкий круг вопросов, начиная от выбора конструкции изделия, предназначенного для автоматизации, и заканчивая оценкой экономической эффективности внедрения автоматизированного технологического процесса.

     В предлагаемом учебном пособии рассматриваются вопросы конструирования для автоматизации в области машиностроения, выбора заготовки и технологического процесса ее обработки. В отдельные главы выделены вопросы конструирования различных устройств автоматизации: подающих и ориентирующих устройств, устройств уборки стружки, технологических приспособлений для автоматизированного оборудования.
     Большое внимание авторы уделяют современным системам автоматического контроля и управления оборудованием и производствами. Не оставлены без внимания также общие основы проектирования цехов автоматизированного производства и экономической оценки внедрения автоматизации.
     При работе над учебным пособием использованы материалы и разработки в области автоматизации МГТУ «Станкин», а также публикации в периодических изданиях, материалы с выставок, посвященных автоматизации машиностроения.

    1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЛИ СБОРКИ


      Конструкция изделия, предназначенного для автоматизированного производства, особенно важна. Ведь сама автоматизация позволяет значительно увеличить выпуск продукции за единицу времени, существенно сократить затраты ручного труда или на определенных этапах вообще избавиться от него. Таким образом, возникает понятие экономической целесообразности автоматизации. Требования к технологичности изделий, изготовляемых в автоматизированном производстве, относятся как к их конструкции, так и конструкции отдельных узлов, сборочных единиц, деталей и их соединений.

    1.1. Требования к конструкции деталей


      Автоматы, предназначенные для подачи и ориентирования деталей, разрабатываются с учетом механических особенностей конструкции деталей. Хотя и существуют, например, роботы, системы, оснащенные сенсорными датчиками и системами технического зрения, системы, позволяющие определять особенности конструкции деталей, их ориентацию в пространстве, но они являются пока еще дорогостоящими и уникальными. Поэтому при конструировании изделия его все же лучше

адаптировать под конкретное оборудование.        Существует
несколько основных способов приспособления конструкций деталей под автоматизированное оборудование, рассмотрим их ниже.
      Симметрия и асимметрия деталей. Изменения конструкции изделий, позволяющие упрощать их подачу и ориентацию в пространстве, заключаются в выполнении их симметричными относительно определенных осей, как это показано на рис. 1.1.
      Конструкции деталей, представленных на рис. 1.1,а, не являются симметричными, следовательно дтя их ориентации в подающем автомате требуются


Рис. 1.1. Изменение конструкции деталей: а - несимметричная; б - симметричная

Рис. 1.2. Изменение асимметрии деталей:1- дополнительным выступом;
2 - дополнительной лы-ской;3- дополнительным штырем

подходящими являются

дополнительные приспособления, датчики и т.п., что приводит к удорожанию оборудования. Конструкции деталей, представленных на рис. 1.1,6, симметричны и отличаются от предыдущих тем, что имеют дополнительные элементы или требуют дополнительного расхода материала. Но зато эти детали практически не требуют затрат на внедрение дополнительных ориентирующих приспособлений, а затраты на дополнительную обработку и материал не соизмеримы со стоимостью этих приспособлений.
      Если конструкцию детали невозможно изменить до симметричной, то асимметрию необходимо увеличить для улучшения ориентации. Детали всегда легче ориентировать по наружному контуру, чем по внутреннему, следовательно, при асимметричном внутреннем контуре наружный тоже желательно выполнять асимметричным.
      На рис. 1.2 на детали 1 выполнен дополнительный выступ нижней части диска. На нижнем цилиндре детали 2 выполнена лыска, служащая для фиксации угловой позиции отверстия. Штифт на детали 3 также позволяет зафиксировать угловое положение отверстия на нижнем цилиндре, ось этого отверстия параллельна основной оси детали.
Анализ примеров, приведенных на рис. 1.1 и 1.2, показывает, что для внесения симметрии в конструкции наиболее детали прямоугольной формы, асимметрии -

цилиндрической.
      Изменение асимметричности деталей может быть также вызвано необходимостью введения в их конструкцию элементов, позволяющих захватывать их подающими приспособлениями. Пример подобного улучшения конструкции приведен на рис. 1.3. На рис. 1.3,а представлена втулка, а на рис. 1.3;6 — та же втулка, но имеющая проточку, в которую входит вилка схвата или манипулятора, используемых для подачи

изделий в рабочую зону сборочного автомата. Применение подобной проточки позволяет правильно ориентировать деталь при совмещении ее с другой деталью.



Рис. 1.3. Пример адаптации детали под сборочное приспособление: а - исходная деталь; б - измененная деталь

      Влияние взаимного положения деталей. При подаче деталей из бункеров, лотков, накопителей необходимо учитывать их взаимное сцепление. Сцепление деталей может быть вызвано их конструктивными особенностями, заусенцами, наличием облоя, намагничиванием, для пластмассовых деталей - электростатическим зарядом, наличием загрязнения, СОЖ, смазки и т.п.
      Подобные неприятности, возникающие в процессе подачи деталей, можно устранить предварительным снятием с них фасок, удаления облоя, мойкой и чисткой, размагничиванием, снятием электростатического заряда. Размагничивание производится пропусканием потока через переменное электромагнитное поле (на производстве - частотой 50 Гц), снятие электростатического заряда - заземлением подающих устройств. Примеры изменения конструкции подаваемых деталей представлены на рис. 1.4.
      Пружина, представленная на рис. 1 А,а, имеет неподжатые крайние витки, и расстояние между витками больше, чем диаметр проволоки, что вызывает запутывание. На рис. 1.4,6 крайние витки поджаты, а на рис. 1 А,в расстояние между витками меньше диаметра проволоки - эти меры позволяют предотвратить запутывание. На рис. 1.4,г у пружины имеются незамкнутые зацепы, а на рис. 1.4,6- замкнутые, что также позволяет предотвратить запутывание пружин.

      Кольцо, представленное на рис. 1.4,е, имеет широкую прорезь, которая меньше его толщины, следовательно имеется возможность зацепления деталей в бункере. Детали на рис. 1 А,ж не имеют прорези или она выполнена фигурной - эти меры позволяют предотвратить сцепление.
      Устранить сцепление деталей, представленных на рис 1.4,з, можно, уменьшив диаметр отверстия или увеличив ширину язычка, как это показано на рис. 1 А,и.

Рис. 1.4. Изменение конструкции подаваемых деталей

       Обеспечение подачи деталей. Для продвижения деталей в лотках может использоваться вибрация или сила тяжести, при неудачной конструкции деталей возможно их наползание друг на друга (рис. 1.5) или заклинивание (рис. 1.6).



Рис. 1.5. Устранение наползания деталей при подаче

      Детали,представленные на рис. 1. 5,а, имеют небольшой диаметр и толщину, что вызывает их наползание друг на друга, а увеличение толщины детали и диаметра позволяет устранить наползание. Введение

дополнительной плоскости в

Рис. 1.6. Устранение заклинивания деталей

деталь, представленную на рис. 1.5,5, также позволяет предотвратить наползание деталей друг на друга.
      Детали, изображенные на рис. 1.6, имеют слишком большой угол скоса, что вызывает заклинивание потока в лотке. Уменьшение этого угла позволяет предотвратить заклинивание, как это показано на рисунке.
      Унификация и стандартизация детачей. Детали и их конструктивные элементы необходимо выполнять стандартными. На однотипном оборудовании желательно производить однотипные детали, отличающиеся лишь размерами. Унификация и стандартизация изделий позволяют также производить унификацию оборудования и сборочных приспособлений.


           1.2. Требования к конструкции сборочных единиц


      Унификация и стандартизация. Блочно-модульная конструкция позволяет производить четкое разбиение изделия на отдельные узлы и блоки. Сформулировав требования к этим узлам и блокам, можно организовывать их независимое производство в различных цехах завода или даже на разных заводах. Предприятия-производители могут выпускать изделия по кооперации между собой. При таком разделении может иметь место использование отдельных узлов в конструкциях разных фирм-производителей. Так, например, узлы механизма принтера фирмы Canon используются в аналогичных конструкциях фирмы Hewlett Packard. Унификация узлов машин и механизмов позволяет существенно сократить число типоразмеров различных узлов, что значительно уменьшает продолжительность этапа проектирования изделия. Сборка изделий из унифицированных узлов позволяет более гибко удовлетворять заказы различных потребителей, так как изделие по желанию заказчика может быть укомплектовано различными узлами.
      Групповое конструирование изделий. Групповая разработка изделий позволяет значительно сокращать затраты на проектирование специального оборудования и оснастки.
      Адаптация конструкции. Конструирование изделия необходимо производить с учетом последующей автоматической сборки. Его конструкция должна позволять производить сборку без частичной разборки, осуществлять процесс сборки при минимальном числе