Обработка металла

Фрезерное дело

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Значение механизации и автоматизации производства

Под механизацией технологических процессов обычно понимают замену человеческого труда работой машин. Автоматизация технологических процессов предусматривает механизацию обслуживания и управления машинами, их системами и производственными процессами в целом. Непрерывный рост производительности труда в настоящее время обеспечивается в первую очередь механизацией ручных работ и автоматизацией производственных процессов.

Основным направлением работ в области механизации и автоматизации является переход к комплексной автоматизации, к созданию полностью автоматизированных участков, цехов и заводов.

Комплексную механизацию и автоматизацию следует прежде всего внедрять в наиболее трудоемкие виды производства — литейное, прокатное и сварочное, при транспортировке материалов, в области механической обработки металлов и др.

Наряду с работами по механизации и автоматизации производственных процессов в крупносерийном и массовом производстве проводятся работы по механизации и автоматизации в мелкосерийном и серийном производствах.

В настоящее время при создании новых машин учитывают их способность работать в автоматических линиях.

Для широкого развития автоматизации необходимым условием является разработка типовых решений по отдельным автоматическим агрегатам и автоматическим линиям во всех отраслях машиностроения.

Быстрая смена многих объектов производства требует повышения универсальности автоматических машин, расширения номенклатуры обрабатываемых на них заготовок и возможности быстрой переналадки.

Многие выпускаемые в настоящее время металлорежущие станки оснащают типовыми автоматическими загрузочными и разгрузочными устройствами, а также устройствами для автоматической подналадки инструмента в процессе обработки заготовок и для контроля качества готовых деталей. Механизированное и автоматизированное производство должно базироваться на прогрессивных технологических процессах.

Экономическая эффективность механизации и автоматизации технологических процессов определяется следующими показателями: повышение производительности труда, снижение себестоимости выпускаемой продукции, облегчение условий труда, оптимальный срок окупаемости и др.

Механизация и автоматизация имеют не только больше экономическое, но и огромное социальное значение. В социалистических условиях автоматизация производственных процессов отвечает насущным интересам трудящихся, облегчает и коренным образом изменяет характер труда, создает условия для ликвидации различий между умственным и физическим трудом. Комплексная механизация и автоматизация производства являются основным направлением технического прогресса в СССР.

Внутрицеховой транспорт

Внутрицеховой транспорт играет большую роль в производственных процессах, поэтому механизации транспортных операций придается большое значение. С помощью внутрицехового транспорта к рабочим местам подают материалы и заготовки, а к сборочным стендам — готовые детали и узлы. Ими пользуются при перемещении готовых изделий, оборудования и т. д. В качестве привода для различных транспортных устройств в большинстве случаев применяются электродвигатели переменного и постоянного тока. В отдельных случаях для привода транспортных или подъемных механизмов применяют поршневые пневматические или гидравлические устройства, ротационные гидравлические и пневматические двигатели, питаемые от пневматических сетей завода или отдельных насосных установок. На заводах единичного и мелкосерийного производства применяют главным образом универсальные транспортные средства периодического действия: электрокары, тельферы, краны и др.

Электрокары (217) применяются для внутрицехового и межцентрового транспортирования штучных и тарных грузов. Грузоподъемность их составляет 0,75—5 Т.

В качестве источника энергии для привода электрокаров служит аккумуляторная батарея 3, применяют также тележки с двигателями внутреннего сгорания (автоэлектротележка).

Электрокары выпускаются в нескольких исполнениях: с неподвижной грузовой платформой 2, с низким подъемом платформы (от колес 1), с высоким подъемом платформы и подъемным краном для самопогрузки. Электрокары имеют платформы для водителя 5 с рукоятками управления 4.

Тельферы (218, а, б) представляют собой электрический подъемник (электродвигатель 2), установленный на ходовой тележке с двигателем 3, передвигающейся по однорельсовому подвесному пути (монорельсу 4). Тельферы снабжены, кроме того, групповым крюком 1 и кнопочной станцией управления 5.

В цехах среднего и тяжелого машиностроения наиболее распространенным видом транспорта являются мостовые краны (219). Мост крана 1, представляющий собой форму, опирается катками на рельсы 4, проложенные вдоль цеха на специальных выступах стен или колонн. Мост может перемещаться по длине пролета цеха. По рельсам, проложенным на мосту, может перемещаться тележка 3, на которой имеются механизм ее перемещения от электродвигателя 2 и механизм подъема грузового крюка 5.

В массовом производстве все операции технологического процесса изготовления деталей и сборки выполняют в определенные промежутки времени. Такой характер производства обусловливает применение специфических транспортных средств, с непрерывным или периодическим перемещением. Цеховой транспорт в массовом производстве представляет собой одно из звеньев технологической цепи поточной линии, обеспечивающих непрерывную передачу заготовок от одного механизма к другому. Применяют следующие виды транспортных средств: скаты, склизы, рольганги, конвейеры, элеваторы и др. Скаты 1 и склизы 3 (220) применяются для передачи заготовок 2 от одного станка к другому. Они выполняются в виде наклонных

желобов, внутренний профиль которых соответствует форме обрабатываемой заготовки.

Рольганги, или роликовые транспортеры, изготовляются в виде длинных роликовых столов (221, а), располагаемых вдоль рабочих мест, либо отдельных секций, устанавливаемых между соседними рабочими местами (221, б). Обычно рама 1 рольганга (см. 221, а) укреплена на стойках 2 на полу цеха. В верхней части рамы устанавливают свободно вращающиеся ролики 3, по которым перемещаются заготовки. В механосборочных цехах перемещение заготовок по рольгангу производится обычно вручную.

Подвесной цепной конвейер представляет собой замкнутый в пространстве рельс, по кото-рому с помощью бесконечной цепи, приводимой в движение специальным приводом, передвигаются небольшие тележки с подвесками для груза. Такие конвейеры находят применение на заводах автотракторной промышленности, в сельхозмашиностроении и других предприятиях массового производства. Ленточный конвейер представляет собой бесконечную ленту, изготовленную обычно из прорезиненного материала, иногда со специальными гнездами для заготовок. Применяется главным образом в приборостроении, а также в обувной, швейной и резиновой промышленности.

Пластинчатый конвейер (222) имеет вместо ленты отдельные жесткие металлические или деревянные пластины, укрепленные концами на двух цепях, которые приво-

дятся в движение специальным механизмом; применяется для перемещения более тяжелых изделий, чем ленточный конвейер.

Конвейер тележечного типа применяется для передвижения тяжелых заготовок и изделий массой до 2—3 т. По рельсовому пути вручную или от привода передвигаются тележки с установленными на них заготовками, узлами пли изделиями. Конвейеры тележечного типа часто используют в сборочных цехах для перемещения собираемых изделий с одной позиции на другую.

Элеваторы (223, а, 6) представляют собой бесконечную цепь 1 с полками 2 для заготовок. Движение цепи обеспечивается приводом с цепными звездочками 3. Они используются в тех случаях, когда заготовки необходимо переместить с одного этажа на другой или от одного станка к другому при разных уровнях их приемных устройств (бункеров, транспортеров).

Механизация уборки и транспортирования стружки является весьма важной задачей. Транспортирование стружки от станков к сборным цеховым пунктам осуществляется с помощью транспортеров, которые монтируются внутри бетонных траншей в полу цеха.

В автоматических линиях эти транспортеры встраивают в нижнюю часть станины станков.

Элементы автоматических устройств

Системой автоматического управления называют совокупность всех элементов и устройств, обеспечивающих автоматическое управление объектом (станок, линии и т. д.) без непосредственного участия человека.

На 224 представлены структурные схемы управления: без обратной связи (разомкнутые) и с обратной связью (замкнутые).

Элемент 1 этой схемы представляет собой устройство, задающее программу, которую выполняет система автоматического управления. Первичная информация подается в блок управления 2, который посылает сигналы управления в исполнительное устройство 3, воздействующее на управляемый объект 4 (224, а). Эта схема характеризуется сквозным прохождением сигналов управления через все элементы или «блоки» автоматической системы и полной независимостью действия блока управления от информации о текущем состоянии управляемого объекта. Подобные схемы называются разомкнутыми или без обратной связи. В организации процессов управления большую роль играет получение информации о текущем состоянии управляемого объекта (например, размер, форма и т. д.). Схемы управления, основанные на использовании информации о результатах управления, называются замкнутыми (с обратной связью, 224, о). Принцип обратной связи лежит в основе большинства процессов управления.

Классификация  элементов автоматических устройств

Специфическими группами элементов автоматических устройств являются воспринимающие элементы, реле, усилители и исполнительные механизмы.

Источниками сигналов, поступающих в блок управления в разомкнутых системах (см.

224, а), являются задающие устройства, а в замкнутых — задающие и измерительные устройства, посылающие в блок управления сигналы и информацию обратной связи (см. 224, б). Назначение этих элементов в том, чтобы воспринимать изменение величины регулируемого параметра управляемой системы. Они называются воспринимающими (или чувствительными) элементами, или механизмами системы. Сигналы, поступающие от воспринимающих, или чувствительных, элементов, а также от задающих устройств, воспринимаются блоками управления. В состав этих блоков могут входить различные элементы и механизмы.

Основными элементами схем блоков управления являются реле — приборы, служащие для преобразования, размножения, а иногда и для усиления сигналов. От блбка управления команды они направляются к исполнительным механизмам автоматической системы.

Однако обычно команды, выходящие из блока управления, не обладают достаточной мощностью для приведения в действие исполнительных органов. Поэтому в системах автоматических устройств часто используют усилители, предназначенные для усиления сигналов блока управления и передачи их исполнительным механизмам. Усилители бывают электрические, гидравлические и пневматические.

Отдельную группу элементов автоматических устройств составляют исполнительные механизмы, приводящие в действие рабочие органы станка.

Воспринимающие элементы по характеру работы делятся на датчики и чувствительные механизмы. Датчиком называется такой чувствительный элемент, который воспринимает изменения величины какого-либо параметра

и преобразует эти изменения в электрический сигнал. Чувствительные механизмы — такие устройства, которые при соответствующем изменении параметра не только вырабатывают сигнал того или иного вида, но и непосредственно выполняют необходимое включение, выключение или переключение исполнительных органов. Датчики служат для подачи команд и регулирования процесса (например, скорости перемещения исполнительного органа).

Для того чтобы станок выполнил требуемый прием обработки, на датчики должно быть оказано какое-то воздействие. Такое воздействие может быть оказано движущимися частями станка, изменением размера обрабатываемой заготовки скорости движения механизмов, давления рабочей среды и т. д.

В металлорежущих станках применяют путевые, размерные и силовые датчики. Путевыми датчиками механического типа являются подвижные и неподвижные упоры и кулачки. При встрече подвижной части станка с упором происходит необходимое движение промежуточного или исполнительного звена.

Путевые датчики (переключатели) выполняют чаще всего на электрической, пневматической или гидравлической основе, сигнал от которых поступает к исполнительным органам непосредственно или через промежуточные звенья.

Электрические путевые датчики контактного типа управления применяют для замыкания и размыкания электрической цепи управления в момент достижения движущейся частью станка заданной точки. Они называются переключателями и выключателями.

Путевые переключатели применяют чаще всего для переключения скорости (быстрый подвод, рабочая подача, отвод, обратный ход

и т. д.), Для ограничения хода и остановки движущихся частей в определенный момент пути.

Гидравлические и пневматические путевые датчики служат для того, чтобы открыть или закрыть в определенный момент доступ рабочей жидкости или воздуха к исполнительному звену.

Электрические размерные датчики применяют для-замыкания или размыкания контактов электрической цепи управления при достижении на обрабатываемой поверхности заданного размера.

Силовые датчики создают командный импульс в момент, когда усилие в соответствующих механизмах станка или давление рабочей среды в системах управления достигает заданного значения.

В промежуточном звене происходит преобразование  первоначального  импульса,   созда-

ваемого датчиком. Мощность сигналов, снимаемых с измерительных и преобразующих приборов, в большинстве случаев настолько ничтожна, что ее недостаточно для срабатывания исполнительного устройства. Поэтому необходимо усиливать выходные величины сигналов измерительных приборов.

Измерительные элементы угловых положений

Измерительные элементы угловых положений механизмов — это датчики, предназначенные для точных измерений угловых положений, исполнительных органов автоматических устройств. К ним относятся и потенциометры, сельсины и вращающиеся трансформаторы.

Кольцевьге потенциометры (225) представляют собой реостатные датчики углового отклонения. Напряжение на входе изменяется пропорционально угловому повороту вала 3, с которым жестко соединен подвижный кон-. такт 1. Изменение напряжения происходит в момент перехода от одного витка сопротивления к другому. Выходным сигналом в этих потенциометрах является напряжение на клеммах спирали 2 и контакта 4.

Сельсин (226) — маленький электродвигатель, состоящий из статора и ротора. Сельсины предназначены для дистанционной передачи углового поворота в различных системах автоматического управления. Статор сельсина-датчика имеет три обмотки, соединенные между собой. Три других конца обмотки статора сельсина-датчика 1 соединены с концами обмотки статора сельсина-приемника 2. Если повернуть ротор сельсина-датчика, то это вызовет «возмущение» электромагнитных полей в статоре сельсина-приемника, и его магнитное поле повернет ротор приемника на тот же угол.

Вращающиеся трансформаторы — асинхронные двигатели с фазным ротором. Они также предназначены для дистанционной передачи углового поворота, но с большим, чем у сельсина, крутящим моментом.

Исполнительные механизмы

Исполнительный блок в системах автоматического регулирования и управления выполняет непосредственно действия, осуществляющие заданный прием управления (пуск и остановку станка, переключение золотников, открытие вентилей и т. д.). По принципу действия исполнительные механизмы делятся на электрические, гидравлические и пневматические.

К электрическим устройствам относятся электродвигатели переменного и постоянного тока.

В системах программного управления широкое применение находят шаговые электродвигатели.

Шаговый электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из статора и ротора (227, а, б). На внутренней поверхности статора 1 расположены три ряда (секции) полюсов. Расстояние между полюсами электромагнита равно расстоянию между зубцами ротора 2. Полюса первого статора и ротора расположены точно друг против друга, полюса второго электромагнита смещены относительно зубцов ротора на У3 шага, а полюса третьего электромагнита — на % шага. Обмотки полюсов каждого ряда соединены последовательно. Если поочередно подавать импульсы тока постоянного напряжения на обмотки полюсов шагового   электродвигателя,   то  ротор   будет

прерывисто поворачиваться на строго определенную величину — один угловой шаг на каждый импульс тока. При малой частоте включений в единицу времени (до 30 имп./с) происходит импульсное движение стола, при большой частоте движение стола становится плавным.

Привод с шаговым электродвигателем применяют тогда, когда управление рабочими органами станка производится дискретными сигналами, т. е. отдельными импульсами, которые, идут с определенной частотой и в определенном количестве. Вал шагового электродвигателя вращается прерывисто, так как каждому управляющему импульсу соответствует поворот вала на определенный угол (шаг), которому в свою очередь соответствует определенное перемещение исполнительного органа станка. Частота шаговых перемещений определяется скоростью перемещения, а количество шаговых перемещений — величиной перемещения исполнительного органа станка. Это свойство шагового электродвигателя дает возможность использовать его в системах программного управления без обратной связи, что значительно упрощает систему управления и делает ее более надежной в работе.

Электромагниты предназначены для выполнения быстрых перемещений рабочих органов на небольшие расстояния. Их применяют для управления гидравлическими и пневматическими вентилями, кранами, золотниками.

Электромагнитные фрикционные муфты являются устройствами для передачи крутящего момента. Их применяют для сложных автоматических переключений станков, прессов и других машин. Применение электромагнитных муфт освобождает рабочего от переключений рычагов и рукояток, требующих затрат рабочего времени. С помощью электромагнитных муфт осуществляется переключение зубчатых колес, реверсирование электродвигателей, соединение концов двух валов, регулирование величины передаваемого момента, обеспечивается дистанционное управление процессами переключения.

Гидроприводы применяют в станках главным образом для" получения прямолинейных движений в механизмах подачи и главного движения в протяжных, строгальных, шлифовальных, агрегатных и других станках, а также в приспособлениях к металлорежущим станкам для закрепления обрабатываемых заготовок и в блокировочных механизмах для предохранения от одновременного включения двух механизмов.

Кроме того, гидроприводы применяют в механизмах управления станками, например, для переключения передвижных шестеренных блоков в коробках скоростей и подач, для переключения муфт, тормозов и т. д.

Основное преимущество гидропривода заключается в том, что он допускает возможность бесступенчатого регулирования скоростей и подач рабочих органов в значительных диапазонах, автоматического управления скоростями и подачами во время работы, получения значительных давлений и др. Гидравлические следящие устройства по сравнению с другими системами обладают наибольшей компактностью и надежностью в работе. Эти системы за последнее время получают все большее применение.

К недостаткам гидроприводов относятся: утечка рабочей жидкости (масла) через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры. Однако эти недостатки не могут существенно ограничивать область применения гидроприводов.

В гидравлических системах применяют шестеренные, лопастные и поршневые насосы. Поршневые и лопастные насосы могут быть регулируемые и нерегулируемые. Шестеренные насосы бывают только нерегулируемые, т. е. с постоянной производительностью.

Пневматические приводы

Распространенным источником энергии является сжатый воздух. Он обладает следующими преимуществами:

сжатый воздух можно легко передавать на большие расстояния по трубам, а с присоединением к концам трубопроводов гибких резиновых шлангов можно легко изменять направление и длину передачи;

по сравнению с электрической и паровой энергией энергия сжатого воздуха более безопасна;

воздух упруг, он быстро передает колебания и  давления;

трубы воздухопроводов не замерзают;

отработавший воздух не нуждается в отводе через особые трубы;

в некоторых случаях сжатый воздух не может быть заменен ни паром, ни другим видом энергии.

Для получения сжатого воздуха и газов применяют специальные машины — воздушные компрессоры.

Пневмоприводы могут быть вращающимися и стационарными. Для закрепления деталей в пневматических патронах часто применяют вращающийся пневмоцилиндр.

Системы автоматических устройств

Системы автоматических устройств делятся на следующие группы:

1.         Системы автоматического контроля, осу

ществляющие измерение, сортировку, сигнали

зацию и блокировку.

2.         Системы автоматического управления для

выполнения программного управления станка

ми, копирования и автоматического регулиро

вания процессов.

3.         Системы связи и управления на расстоя

нии, осуществляющие дистанционное управле

ние, телеуправление и телеконтроль.

Системы автоматического контроля.

Контроль называют автоматическим, если контрольная операция выполняется без участия человека. Основными элементами этой системы являются: воспринимающий элемент (датчик), усилительный элемент (при мощном сигнале датчика он отсутствует) и исполнительный элемент. По назначению исполнительного органа автоматический | контроль подразделяется на следующие виды: сигнализация, измерение, регистрация, сортировка.

Контрольная технологическая сигнализация предназначена для автоматического извещения о включении в работу или остановке отдельных вспомогательных механизмов, о положении запорных органов на различных коммуникациях и т. д.

Предупредительная сигнализация служит для автоматического извещения персонала о возникновении опасных изменений режима, грозящих аварией (например, поломка режущего инструмента, неправильная установка заготовки и др.). Аварийная сигнализация, как правило, имеет комбинированный сигнал (звуковой и световой), который подается при нарушении технологического режима.

К устройствам автоматического измерения относятся приборы и технические средства, автоматически регистрирующие размер измеряемого объекта или интервал, в котором находится измеряемый параметр. Автоматическая регистрация предусматривает запись, выполненную регистрирующим (самопишущим) прибором, фиксирующим в виде линии (диаграммы) изменение значения измеряемого параметра по времени.

Устройства автоматической сортировки производят сортировку контролируемых деталей по размерам.

Устройства автоматической защиты (блокировки) служат для отключения контролируемого объекта при нарушении нормальных режимов работы, например при перегрузке электрооборудования и коротких замыканиях, поломке инструмента на станке автоматической линии и т. д.

Автоматические линии

Автоматическими называют линии станков, связанных между собой транспортными устройствами. При этом заготовки обрабатываются без непосредственного участия рабочих под наблюдением наладчиков. Такие линии станков проектируют для массового изготовления изделий, устойчивых по конструкции, приспособленных для закрепления заготовок без индивидуальной выверки их положения и удобных для транспортирования.

Число станков в линии определяется технологическим процессом. На каждом станке обрабатываемая заготовка должна быть точно установлена, зафиксирована и закреплена. Эту роль выполняют устройства для фиксации и зажима.

Для управления и согласованной работы всех механизмов линии снабжают аппаратурой управления. Указанные устройства являются обязательными для любой автоматической линии.

Для загрузки заготовками в начале линии применяют загрузочные устройства, автоматический контроль осуществляют специальные контрольные устройства, создание заделов между отдельными станками и участками линии обеспечивается специальными устройствами для накопления заготовок. Накопители дают возможность сократить потери времени в случае вьшужденной остановки какого-либо станка в линии.

Автоматические линии из агрегатных станков применяют главным образом для обработки корпусных деталей (блоков цилиндров, головок блоков, корпусов коробок передач, картеров и т. п.). В последние годы созданы комплексные автоматические линии, в которых автоматизированы не только операции механической обработки, но и другие технологические

операции (литейные, кузнечно-прессовые, сварочные, штамповочные, термообработка, окраска, мойка, сушка, сортировка, маркировка, консервация, упаковка, сборка и др.).

В СССР такими комплексными автоматическими линиями являются: завод-автомат по производству автомобильных поршней, где без участия рабочего выполняются все операции — от плавления чушек алюминия до упаковки комплекта поршней: автоматические цехи по производству шариковых, роликовых и карданных подшипников; автоматические линии для изготовления шестерен, лемехов и многих других изделий.

В массовом производстве автоматические линии из агрегатных станков создаются для изготовления какой-либо определенной детали.

В целях широкого внедрения комплексной автоматизации и механизации не только в массовом, но и в серийном производстве создаются , быстропереналаживаемые автоматические линии. Их оснащают станками, допускающими возможность переналадки на изготовление деталей данного класса, но другого размера. Это серийные токарные, шлифовальные, зуборезные и другие автоматы, которые можно использовать в обычном, неавтоматизированном производстве, а также встраивать в автоматические линии. Такая линия создана на заводе «Вольта» в Таллине для изготовления валов электродвигателей  различных  размеров.   Для

переналадки линии на изготовление валов другого размера затрачивается лишь четыре часа. На этой линии осуществляются элементы сборки, в том числе и напрессовка ротора на вал.

Создание этой линии позволило уменьшить производственную площадь в 1,4 раза по сравнению с той, какая потребовалась бы при старой технологии обработки, трудоемкость обработки валов снизилась более чем в 6 раз, а число производственных рабочих уменьшилось в 6 раз.

Автоматические линии могут компоноваться не только из новых станков-автоматов, но и из действующего модернизированного оборудования.

Так, например, завод «Фрезер» построил 15 линий из модернизированных металлорежущих станков, которые обеспечивают значительное повышение производительности труда и высокий технико-экономический эффект.

Для изготовления наиболее распространенных деталей в крупносерийном и массовом производстве (валов, зубчатых колес, втулок, фланцев и др.) необходимо резко увеличить выпуск автоматических линий из легкопереналаживае-мого типового оборудования.

В настоящее время в нашей промышленности работают свыше двух тысяч автоматических линий, на которых обрабатываются основные детали автомобилей, тракторов и электродвигателей, кольца подшипников, оси и валы различного назначения, зубчатые колеса, диски фланцы и многие другие детали массового производства.