"Автоматизированный электропривод продольно-строгального станка".

На оборудовании дискретного действия обычно получают наибольшую точность обработки. Это обусловлено его значительной жесткостью и высокой геометрической точностью.
Второй класс процессов. Его осуществляют на оборудовании непрерывного действия, которое характеризуется тем, что изделия штучного или нештучного характера производятся непрерывно. Технологический процесс протекает без периодической остановки оборудования для установки и снятия обрабатываемых заготовок. Производимая продукция сходит с оборудования непрерывным потоком. К непрерывным технологическим процессам относятся: волочение проволоки, и прутков круглого и специального профиля, используемых для изготовления деталей на автоматах; непрерывная прокатка специального проката и штучных заготовок шаров и других деталей; изготовление биметаллической ленты для производства тонкостенных подшипниковых вкладышей, включающее в себя обезжиривание, травление, лужение, заливку антифрикционного сплава, фрезерование залитого слоя; непрерывная навивка спиральных пружин на специальных автоматах; пескоструйная и дробеструйная обработка заготовок, расположенных на непрерывно движущемся конвейере для очистки от окалины.
Данный класс технологических процессов характеризуется высокой производительностью и возможностью сравнительно легкой автоматизации. Его в основном применяют для массового изготовления мелких и средних деталей. Здесь может быть достигнута достаточно высокая точность.
Третий класс процессов. Его осуществляют на автоматическом оборудовании роторного типа. Он характеризуется тем, что изделия в процессе обработки совершают непрерывное перемещение от загрузочной позиции к позиции съема. В настоящее время имеется много разновидностей роторного оборудования от полуавтоматических станков и установок до автоматических линий.
Точность данных процессов ниже процессов первого класса. Это обусловлено тем, что технологический процесс выполняете при непрерывном движении изделия и что жесткость роторного оборудования меньше, чем оборудования дискретного действие. При использовании самоустанавливающихся может быть достигнута такая же точность, как и на оборудовании дискретного типа.
На роторном оборудовании легко осуществляются комплексные технологические процессы, включающие механическую и термическую обработку, сборку и контроль, качества изделий. Это оборудование, являющееся специальным, дорогим и в большинстве случаев непригодным для переналадки на выпуск других изделий, применяют для малогабаритных изделий, выпускаемых в больших количествах по принципу массового производства. На сложность, а следовательно, надежность и стоимость автоматического оборудования оказывает большое влияние кинематика основных и вспомогательных движений. Предпочтительны технологические процессы, у которых траектория этих движений прямые линии. В этом случае применяются инструменты объемного типа. Их рабочая поверхность воспроизводит соответствующую поверхность объектов производства. Более сложны случаи обработки, основанные на сочетании двух движений. Оборудование еще более усложняется, если процесс обработки основан на кинематическом сочетании трех или большего количества движений.
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИИ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
По принципу действия и технологическому обеспечению заданного качества изделий системы автоматизации можно разбить на три основные группы.
Первая группа. К ней относятся циклические системы автоматизации. В них технологический процесс осуществляется по заранее жестко установленной программе и все действия оборудования во времени протекают в строгом соответствии с принятым циклом его работы. Эти системы широко распространены в механосборочном производстве. Циклические системы имеют централизованное устройство управления всеми элементами рабочего цикла. В большинстве случаев — это распределительный вал с кулачками и упорами, непосредственно воздействующими на рычаги, толкатели и другие жесткие элементы, передающие движение исполнительным органом данной технологической машины. Кулачки и упоры распределительного вала могут воздействовать на золотники, включающие и выключающие в определенные моменты времени пневматические или гидравлические устройства системы, а также включать и выключать вспомогательные электродвигатели.
Эти системы циклической автоматизации просты и надежны в работе. На их базе строят устройства управления, применяемые в большинстве металлорежущих автоматов и полуавтоматов, а также в оборудовании для автоматической сборки. При циклической системе автоматизации время выполнения данной технологической операции (время цикла) стабильно. Оно определяется длительностью одного оборота распределительного (кулачкового) вала командоаппарата. Циклические системы автоматизации, однако, не реагируют на возникающие в процессе работы отклонения в качестве изделий. Например, автомат циклического действия продолжает работать, если в процессе обработки выполняемый размер вышел из поля допуска из-за износа режущего инструмента. Циклические системы автоматизации не могут долго работать без вмешательства человека, в функцию которого входит систематическое наблюдение за их работой, периодическое регулирование и подналадка. При широких допусках на обработку это вмешательство происходит реже; при узких допусках — чаще: С увеличением сложности циклических систем вероятность отказов в их работе по тем или иным причинам возрастает. Для предупреждения выхода из строя отдельных элементов системы в них применяют блокирующие и контрольные устройства. При нарушении цикла обработки эти устройства срабатывают и система останавливается.
Циклические системы автоматизации с кулачковыми распределительными устройствами используют для однопроходной оработки. Они обеспечивают точность обработки до 3-го класса, исключая случаи обработки мерным режущим инструментом, когда точность может быть повышена до 2-го класса.
По системе циклической автоматизации работают современные станки с программным управлением. Эти станки имеют принципиально отличный вид программоносителя. Они универсальны, быстро переналаживаемы и удобны для условий мелкосерийного производства в отличие от станков с кулачковым распределением, применяемых в массовом и крупносерийном производстве.
Вторая группа. К ней относятся рефлекторные системы автоматизации. В этих системах технологический процесс также осуществляется по заранее намеченной программе в определенной последовательности. Однако продолжительность цикла предусмотренных программой действий здесь не выдерживается столь точно, как в циклических системах. Это обусловлено тем, что отдельные этапы цикла начинают выполняться только после того, как будет получен сигнал об окончании предшествующего этапа и подана команда на начало выполняемого этапа. По причине задержек в получении и передаче команд, носящих случайный характер, происходит разброс длительности цикла. Нестабильность длительности цикла зависит и от колебания времени выполнения многопроходной точной обработки. Величина припуска на обработку у заготовок в партии переменна, поэтому количество проходов, а следовательно, и время обработки будет также переменным. Колебание длительности цикла в отдельных случаях достигает 20%.
Благодаря использованию контрольно-измерительных устройств, осуществляющих автоматическую проверку выполняемых размеров, рефлекторные системы обеспечивают более высокую точность обработки. Эти системы применяют в различном технологическом оборудовании, но наибольшее применение они получили при выполнении финишных операций. Рефлекторные системы автоматизации обычно строят, используя релейные схемы управления рабочим циклом. Наиболее часто используют электрорелейные схемы, несколько реже — пневматические и гидравлические, а также смешанные.
Третья группа. К ней относят самоподнастраивающиеся, самонастраивающиеся и самооптимизирующие системы. В самоподнастраивающихся системах используют средства активного контроля, которые измеряют размер обработанной детали и дают сигнал автоматическому подналадчику на корректировку настроечного размера, в случае, если размер детали, вы: шел за пределы установленных предупредительных границ. Подобные системы часто применяют на шлифовальных станках. В результате возникновения систематических закономерно изменяющихся погрешностей выполняемый размер в партии деталей непрерывно изменяется. Это приводит к периодическому включению автоматического подналадчика данной системы. Для уменьшения влияния случайных погрешностей обработки на работу подналадчика сигналы от измерительного устройства даются по величине среднего арифметического из нескольких замеров последовательно обработанных деталей.
Самоподнастраивающиеся устройства применяют обычно в циклических и несколько реже в рефлекторных системах автоматизации. Функция обслуживающего персонала сводится здесь к наблюдению за работой и периодической регулировке самоподнастраивающего устройства и всей системы в целом.
В самонастраивающихся системах при обработке каждой заготовки режим и условия работы оборудования устанавливаются автоматически в целях обеспечения заданного качества изделий и требуемой производительности. Непостоянство припуска на обработку, неоднородность физико-механических свойств материала заготовок, а также нестабильность положения заготовок на станке приводят к колебанию сил резания и к изменению упругих отжатий элементов технологической системы. Последнее обстоятельство вызывает образование погрешностей обработки, которые по своему характеру являются случайными. В простейших самонастраивающихся системах стабилизация сил резания или изменение их в процессе обработки по длине заготовки по определенному заданному закону может производиться автоматическим изменением одной из составляющих режима резания. Удобней всего — изменением продольной подачи рабочего инструмента при постоянных глубине и скорости резания. Измеряют силы резания различного типа датчиками встраиваемыми в элементы или узлы станка и связанными с обрабатываемой заготовкой или рабочим инструментом. Например, при обтачивании заготовки с преувеличенным припуском сила резания возрастает. Соответствующий датчик посылает сигнал в автоматическое регулирующее устройство, которое уменьшает продольную подачу, доводя силу резания до установленной величины. При обтачивании заготовки с преуменьшенным припуском продольная подача может быть соответственно увеличена.
Использование резцов с зачищающими кромками не ухудшает в данном случае шероховатость обрабатываемой поверхности. В системах подобного типа бесступенчатое изменение подачи может быть обеспечено при помощи механических, гидравлических и электронных устройств.
Наиболее эффективны самонастраивающиеся системы в тех случаях, когда установление оптимальных условий работы технологического оборудования зависит от нескольких технологических факторов, нестабильных по своей величине. В этом случае ручное решение задачи связано с трудоемкими и длительными вычислениями, что вызывает более или менее продолжительные простои оборудования. Применение самонастраивающихся систем, в которых информация от датчиков поступает в электронно-вычислительное устройство, позволяет находить оптимальный вариант условий обработки за минимальное время без простоя оборудования. Подобный тип самонастраивающихся систем — наиболее совершенный. Он используется при производстве многих изделий в химической, пищевой и других отраслях промышленности с непрерывным ходом производственного процесса.
Для правильного использования самонастраивающихся систем подобного типа весьма важно знать основные закономерности протекания технологического процесса в математической форме, так как они необходимы для работы вычислительного устройства.
Применительно к машиностроительному производству этот тип самонастраивающихся систем можно иллюстрировать на примере регулирования режима работы конвейерного устройства для нагрева деталей под последующую сборку с тепловым воздействием.
Если температура нагревающей зоны падает, то регулирующее устройство снижает скорость конвейера для обеспечения требуемой температуры нагрева деталей. Зависимость температуры нагревающей зоны от скорости конвейера устанавливается с учетом массы и конфигурации перемещаемых деталей аналитически или экспериментальным путем. При подаче сигнала от датчика температуры определяет скорость конвейера и подает команду на ее изменение.

СПЕЦИФИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗАЦИИ
Принципы проектирования технологических процессов для обычного и автоматизированного производства одни и те же. Нет также и резкого различия между этими двумя видами производства. Если в обычном производстве используется большее или меньшее количество автоматического оборудования, то и в автоматизированном производстве нередко встречаются станки и установки с ручным обслуживанием. Тем не менее при проектировании технологических процессов для условий автоматизации производства имеется своя вполне определенная специфика.
Проектирование технологических процессов для условий автоматизации характеризуется различной степенью углубленности выполняемых разработок. Самый общий случай решения данной задачи, отличающийся наибольшей трудоемкостью, встречается при проектировании технологии для нового завода с комплексной системой автоматизации производства. Эта задача несколько облегчается, если в поле зрения технолога имеется аналогичное апробированное на практике решение или комплексная система автоматизации заменяется частичной. Во всех случаях спроектированный, технологический процесс — основа автоматизации производства. Из него вытекает конструкторская, строительная, транспортная, энергетическая, и организационная части проекта. Разработанный технологический процесс определяет потребное оборудование, производственные площади, энергетику, транспортные средства, рабочую силу, основные и вспомогательные материалы.
Более специализированное технологическое проектирование встречается при реконструкции завода и постановке производства новых объектов на действующем заводе. В этом случае инициатива технолога ограничена необходимостью использования имеющихся производственных площадей, наличного оборудования, транспортных средств, сложившейся схемой грузопотоков и другими местными условиями.
Другие случаи проектирования, технологических процессов имеют место на действующих заводах при выпуске на них освоенной продукции. Задача технологического проектирования обычно носит частный характер. Разработке подвергается частичная автоматизация — проектируют автоматические линии, участки линий или даже отдельные автоматические установки и агрегаты. Проектируют без коренного изменения имеющейся структуры производства.
Основная цель автоматизации производства — повышение производительности труда и снижение себестоимости изготовления продукции, достигаемые применением более производительных машин и снижением затрат живого и овеществленного труда. В ряде случаев, разработка автоматизации производства диктуется необходимостью коренного оздоровления и облегчения условий труда, а также необходимостью обеспечения заданного качества изделий. Автоматизация производства не может осуществляться на основе волевых необоснованных решений. Каждый проект автоматизации производства должен быть обоснован конкретными экономическими расчетами. Из этого правила могут быть сделаны отдельные исключения, касающиеся случаев разработки новых систем, выполнения поисковых работ в области автоматизации производства, проектирования новых процессов и конструкций, связанных с последующей их доводкой. Промышленное использование этих работ может быть из-за больших издержек сперва нерентабельным. Необходимость развития производственной, техники заставляет, однако, идти на внедрение этих разработок, учитывая, что при последующем их использовании они уже могут дать быструю окупаемость.
До начала проектных работ нужно выявить технико-экономическую целесообразность автоматизации, если она не диктуется только требованиями облегчения и оздоровления условий труда; перспективный объем выпуска изделий и предполагаемую продолжительность их производства до перехода на новую продукцию, установить, какие операции обработки, оборки и контроля должны быть автоматизированы полностью и какие частично.
Подготовительный этап работы по автоматизации начинается со сбора конструктивных и технологических сведений об изделии и данных по экономике его производства на существующем и родственных заводах. На основе анализа собранного материала решается вопрос о масштабах и степени углубленности автоматизации. Целесообразно также анализировать технологичность конструкции изделия и вносить в нее соответствующие изменения по согласованию с конструктором. Неправильно решать вопросы автоматизации, представляя изделие абсолютно неизменным. Конструкция изделия может быть достаточно технологичной в условиях обычного производства и мало или совершенно нетехнологичной в условиях автоматизированного производства. Для одного и того же изделия она будет разной для различных типов производства.
При проектировании технологических процессов нельзя брать за образец и слепо копировать технологию изготовления аналогичных изделий в неавтоматизированном производстве. Её следует коренным образом пересматривать и корректировать, внося при необходимости более или менее значительные изменения. Технология автоматизированного производства должна быть по своей сущности прогрессивной. Ее строят на основе высокопроизводительных методов обработки и сборки, использования заготовок, получаемых современными точными методами. Для уменьшения объема механической обработки конфигурацию заготовки следует по возможности приближать к конфигурации готовой детали.
В зависимости от типа производства проектирование технологических процессов имеют различия. Тем не менее имеются некоторые общие особенности, к которым можно отнести следующее.
Технологические процессы автоматизированного производства должны быть разработаны так, чтобы заданные производительность и качество выпускаемой продукции обеспечивались с минимальным влиянием обслуживающих оборудование рабочих. Технологические процессы должны быть стабильны во времени, а применяемое оборудование допускать возможность быстрой переналадки.
Для ускорения и удешевления подготовки производства при выборе варианта технологического процесса и применяемого оборудования принимают проверенные типовые решения. При построении технологических процессов желательно шире осуществлять принцип концентрации переходов обработки или сборки и другие мероприятия по повышению производительности. Особое значение в условиях автоматизации приобретает непрерывность технологических процессов и сокращение цикла изготовления изделий.
При проектировании технологических процессов большое внимание уделяют вопросам автоматической ориентации объектов производства, их базированию при выполнении различных операций и внутрицеховому транспортированию, комплексности построения технологических процессов и технического контроля, выполняемого без участия человека. Большое внимание следует обращать на автоматизацию вспомогательных операций.
Важная задача — оптимизация вновь проектируемых и действующих технологических процессов по различным целевым функциям в зависимости от конкретных условий. В связи с этим одна из главных задач технолога — глубокое изучение физической сущности технологических процессов, выявление закономерностей их протекания и установление тех параметров их, воздействие на которые наиболее эффективно для интенсификации производства и повышения его точности. Точные технологические расчеты особенно важны в автоматизированном производстве, где необходима высокая надежность обеспечения заданной производительности и стабильного качества изделий. Знание основных закономерностей и использование математических методов позволяет быстро находить оптимальные решения с помощью современных вычислительных машин.
Обычная задача оптимизации технологического процесса — обеспечить в установленный промежуток времени выпуск потребного количества изделий заданного качества при возможно минимальной себестоимости их изготовления. В простейшем случае оптимизируют отдельные технологические операции. По установленным ограничениям определяют наивыгоднейшие режимы резания и другие условия обработки. Более сложна задача оптимизации технологического процесса в целом. Ее решают методом динамического программирования с учетом влияния предыдущих операций на последующие. Поэтому нельзя изолированно по каждой операции принимать такое решение, при котором эффективность ее будет наибольшей. При оптимизации технологического процесса может измениться и содержание операций, и его структура.
Наблюдения за работой действующего оборудования в автоматизированном производстве показывают, что простои оборудования часто бывают весьма велики по самым различным, в том числе и технологическим, причинам, а заданное качество продукции устойчиво не выдерживается.
При проектировании, технологических процессов эти недостатки должны учитываться и устраняться. Технико-экономические показатели автоматизированного производства зависят от принятой технологии. Неудачно спроектированная она может стать причиной длительной задержки освоения производства изделий, частичного или коренного изменения принятых технологических и конструктивных решений. Особенно ответственна задача выполнения новых оригинальных разработок. В ряде случаев при отсутствии в поле зрения технолога аналогичных решений приходится идти по пути макетирования проектируемых устройств и выполнения необходимых исследований, результаты которых используются в разрабатываемом варианте.
Задача проектирования технологических процессов в автоматизированном производстве часто усложняется недостаточностью нормативно-справочных материалов и недостаточным обобщением производственного опыта.
ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
При проектировании машин существует четкое различие проектных и поверочных расчетов по времени и методике выполнения.
Проектные расчеты выполняют на различных стадиях создания машин; их основная задача — правильный выбор числовых значений технологических, конструктивных, структурных и других параметров машины исходя из обеспечения ее заданных выходных параметров. Проектные расчеты позволяют решать исходя из заданных технологических, кинематических, прочностных и других характеристик те задачи расчета и конструирования, которые нельзя не решать в процессе создания машины.
Поверочные расчеты выполняются тогда, когда все необходимые параметры машин уже выбраны и необходимо лишь проверить, отвечают ли они заданной целевой функции, правильно ли сделан их выбор. Так, поверочные расчеты на прочность позволяют оценить соответствие в спроектированной конструкции внутренних напряжений допустимым, вращение шпинделя с нужной частотой, перемещение суппорта с заданной величиной подачи и т. д.
Таким образом, проектные и поверочные расчеты принципиально различны прежде всего по входным и выходным параметрам расчетов. В проектных расчетах входными параметрами являются детерминированные значения целевой функции, выходными — конкретные характеристики проектируемых машин. В поверочных расчетах, наоборот, входными параметрами являются конкретные характеристики уже спроектированных машин, выходными — значения целевой функции, которые сравниваются при этом с нормированными. Разумеется, принципиально различными являются и математические расчетные зависимости. В простейших благоприятных случаях это могут быть одни и те же математические модели взаимосвязи, решаемые в прямом и обратном направлениях, когда функция становится аргументом и наоборот.
Это полностью относится и к технико-экономическим расчетам при проектировании и эксплуатации автоматизированного оборудования. По существу, критерий заданной экономической эффективности машин эквивалентен критериям обеспечения заданных прочностных, кинематических и других характеристик.
Различие заключается лишь в том, что по прочностным, кинематическим, динамическим критериям выбираются параметры главным образом элементов систем — механизмов и устройств для выполнения рабочих и холостых ходов, привода и управления. По экономическим критериям решаются прежде всего задачи синтеза, выбора принципиальных решений технических систем в целом — их структуры, конструктивной компоновки и т. д. Поэтому инженерные методы расчета и оценки экономической эффективности новой техники — это методы расчета. И конструирования машин и систем машин, выбора их технологических, конструктивных, структурных параметров по экономическим критериям.
Согласно общим принципам методологии выполнения инженерных расчетов при создании машин проектные технико-экономические расчеты имеют своей задачей обоснование выбора тех конкретных технических параметров, которые необходимо выбирать в процессе проектирования. Такими параметрами для автоматических линий являются, например число последовательно работающих станков и параллельных потоков обработки, участков-секций с межоперационными накопителями, тип компоновочной схемы и т. д. Иначе, при расчете технико-экономической эффективности на проектной стадии должны быть в качестве результатов те показатели, которые и являются задачей проектирования. Для этого необходимо иметь математические модели взаимосвязи показателей экономической эффективности с конкретными технико-экономическими параметрами, решаемые как бы наоборот — от заданной эффективности к требуемым параметрам. Такие модели строятся на основе положений теории производительности машин и труда.
Поверочные расчеты технико-экономической эффективности автоматизации производят тогда, когда система уже спроектирована или внедрена, принципиальный вариант построения и все его параметры выбраны теми или иными путями. На этом этапе нужно определить лишь, удовлетворяют ли экономические показатели спроектированной системы допустимым, нормативным значениям. Такие расчеты используют, например, при решении вопросов тиражирования данной системы и др.
Здесь изучение вопросов взаимосвязи технических и экономических параметров уже не является необходимым, так как любые результаты эффективности внедрения наиболее просто рассчитывают через чисто экономические стоимостные показатели.
Обычно применяемые типовые методы оценки экономической эффективности капиталовложений по своей методологии являются поверочными, так как расчетные формулы не содержат каких-либо технических характеристик, а итогом расчета являются показатели экономической эффективности, которые сравниваются с допустимыми. Между тем задача технико-экономических расчетов на проектной стадии состоит именно в том, чтобы рассчитать конкретные требования к параметрам проектируемых машин — систему технико-экономических допусков для того, чтобы проектируемая система могла быть эффективной.
Экономическая эффективность новой техники, в том числе автоматизированного оборудования, обеспечивается путем улучшения тех или иных технических показателей, из которых важнейшим является фактор повышения производительности. Поэтому простейшей реализацией проектных технико-экономических расчетов являются расчеты требуемого повышения производительности исходя из обеспечения заданных показателей экономической эффективности. В случае необходимости от определения требуемой величины производительности далее можно перейти к определению требуемой величины более конкретных характеристик.
Так как на проектной стадии числовые значения определяющих параметров известны лишь ориентировочно, проектные технико-экономические расчеты могут и должны носить приближенный характер, что во многих случаях позволяет значительно их упростить.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ
Механизация и автоматизация служат важнейшим средством повышения эффективности производства, так как обеспечивают стабильно высокое качество продукции при значительной производительности труда и экономичности всего процесса.
Механизация и автоматизация технологических процессов должна производиться в двух случаях: 1) когда имеется угроза жизнедеятельности рабочего: в этом случае средства на механизацию и автоматизацию выделяются из фондов на охрану труда; 2) когда дает экономический эффект: в этом случае средства на механизацию и автоматизацию образуются вследствие улучшения качества продукции, снижения брака, повышения производительности труда.
Основными условиями проведения механизации автоматизации технологических процессов являются обеспечение требуемой точности и качества изделия на механизированном или автоматизированном оборудовании при снижении себестоимости их изготовления по сравнению с себестоимостью обработки и сборки на универсальном оборудовании и при окупаемости денежных вложений на механизацию и автоматизацию в установленные сроки.
Механизация и автоматизация технологически процессов рациональны при технологичной конструкции изделия и прогрессивном технологическом процессе его изготовления. Различают производственную и эксплуатационную технологичность конструкции. Производственная проявляется в сокращении затрат, средств и времени на технологическую подготовку производства и процессы изготовления изделия. Эксплуатационная проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническое обслуживание и ремонт изделия. Технологичность конструкции — емкое понятие, проявляющееся в ряде свойств, влияющих на эффективность механизации и автоматизации. К ним относят.
1.Возможно большее число стандартизованных, унифицированных и нормализованных деталей и сборочных единиц. Стандартные детали и сборочные единицы не требуют времени на их проектирование, позволяют организовать централизованное массово или крупносерийное производство с прогрессивной технологией, высокопроизводительным оборудованием и оснасткой. Технологические процессы с коэффициентом закрепления операций, близким к единице, позволяют широко внедрять механизацию и автоматизацию с большим экономическим эффектом, так как переналадки оборудования производятся редко. Стандартные детали и сборочные единицы обеспечивают их взаимозаменяемость, облегчающую организацию автоматической сборки, упрощающую техническое обслуживание и ремонт изделия. Количественная оценка использования стандартизованных частей в изделии выражается коэффициентом стандартизации изделия, являющимся отношением суммы стандартных сборочных единиц и деталей, не входящих в сборочные единицы, к общему количеству сборочных единиц и деталей. Чем выше этот коэффициент, тем больше стандартных деталей и сборочных единиц, т. е. конструкция технологичнее.
Унификация частей изделия приводит к уменьшению разнообразных конструкций в пределах предприятия, позволяет использовать самые современные конструкции, отработанные на технологичность и освоенные в серийном производстве. Использование типовой технологии с высокопроизводительным оборудованием и оснасткой создает предпосылки для быстроокупаемой механизации и автоматизации технологических процессов. По аналогии с коэффициентом стандартизации определяется коэффициент унификации, характеризующий преемственность конструкции сборочных единиц и деталей изделий. Чем выше этот коэффициент, тем технологичнее конструкция. Нормализация сборочных единиц и деталей увеличивает технологичность в пределах одного или нескольких предприятий отрасли.
Стандартизованные, унифицированные и нормализованные конструкции деталей позволяют использовать заготовки, получаемые прогрессивными методами. Это обеспечивает снижение трудоемкости и станкоемкости механической обработки, а следовательно, уменьшение количества разнообразных устройств для механизации и автоматизации, т. е. снижение затрат не только на непосредственную обработку, но и на оборудование и технологическую оснастку. Заготовки должны обладать удобными для транспортировки, поверхностями, рациональными технологическими базами, возможностью создания единых чистовых баз, позволяющих производить на них всю обработку.
2.Возможно большая унификация конструктивных элементов деталей. Чем больше одинаковых элементов, тем меньше типов и размеров режущих и измерительных инструментов в технологическом процессе, меньше изменяются режимы обработки. Таким образом, повышается производительность, упрощается управление и создаются условия для автоматизации управления с наименьшими затратами. Количество унифицированных элементов характеризуется коэффициентом унификации элементов, т. е. отношением числа унифицированных типоразмеров конструктивных элементов к общему числу типоразмеров конструктивных элементов в детали.
3.Возможно большая унификация материалов деталей изделия. Ограничение количества марок материалов для деталей машин не только упрощает складирование, перемещение и материально-техническое снабжение, но и изготовление деталей, так как не столь часто изменяют режимы резания, как при обработке деталей из разных материалов. Упрощается управление станком и сокращается время на управление. Таким образом, создаются предпосылки для быстроокупаемой механизации или автоматизации управления.
Степень использования определенного материала в изделии характеризуется коэффициентом применяемости материала, т.е. отношением массы данного материала в изделии к общей массе изделия. Чем больше этот коэффициент, тем технологичнее изделие. Материалы должны быть дешевы, недефицитны, легко обрабатываемы.
4.Возможно большее применение прогрессивных типовых процессов изготовления, сборки, контроля, испытаний, технического обслуживания и ремонта изделий. Конструкции изделий со стандартизованными, унифицированными, нормализованными частями позволяют производить их изготовление и ремонт по одним и тем же прогрессивным технологическим процессам, ибо повышенная серийность выпуска обеспечивает целесообразность капиталовложений в новую технику. Оценка технологичности конструкции производится и по коэффициентам применения типовых технологичных процессов, групповых процессов и прогрессивных методов обработки. Результирующими оценками технологичности конструкции изделия являются уровень технологичности по трудоемкости и по технологической себестоимости.
Технологическая себестоимость отличается от себестоимости изделия тем, что в цеховых расходах учитывается лишь та часть, которая непосредственно связана с технологическим процессом: затраты на силовую энергию, ремонт и амортизацию оборудования, приспособлений, инструментов, обтирочные материалы, СОЖ.
Только при обеспечении технологичности конструкции изделия можно проводить механизацию и автоматизацию технологических процессов. Механизацию технологических процессов можно выполнять без изменения технологических процессов, если она позволяет сократить потребность в живом труде и не требует больших затрат.
В массовом и крупносерийном производстве прогрессивная технология, как правило, позволяет внедрять комплексную автоматизацию в виде автоматических линий, цехов или заводов. В серийном производстве с типовыми и групповыми технологическими процессами автоматизация применяется в виде переналаживаемых автоматических линий, станков-автоматов, станков с переналаживаемыми устройствами, позволяющими использовать одни и те же механизирующие или автоматизирующие устройства после замены у них отдельных элементов или после их переналадки на другое обрабатываемое изделие.
В мелкосерийном производстве рекомендуется механизированное или автоматизированное оборудование, позволяющее еще более быструю переналадку. Например, станки с числовым программным управлением. Использование автоматизированных станков требует грамотной их наладки и эксплуатации.
Соблюдение вышеуказанных положений позволит осуществить механизацию и автоматизацию процессов, соответствующих получению изделий высокой качества, с большой производительностью и низкой себестоимостью.
Созданию прогрессивных комплексно-автоматизированных систем должна предшествовать тщательная обработка всех элементов, составляющих систему. Например, разработке автоматического цеха изготовления подшипников предшествовало создание станков автоматов, транспортных систем, систем управления, контроля и поднастройки станков. Проектирование и изготовление автомата для определенного вида обработки как специального, так и создаваемого на базе универсального станка заключается в разработке систем автоматизации управления, загрузки, закрепления, раскрепления и снятия деталей, контроля и подналадки.
ПОНЯТИЕ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
Под автоматическим управлением процессом понимают совокупность действий, обеспечивающих протекание процесса в заданной последовательности с принятыми режимами без участия рабочего. При управлении процессами обработки на металлорежущих станках приходится изменять частоту вращения шпинделя станка, продольную и поперечную подачи стола или суппорта, положение револьверной головки, включение и отключение подачи смазочно-охлаждающей жидкости. Эти управляемые величины процесса, подлежащие стабилизации или изменениям по заданным законам, называют регулируемыми параметрами процесса. Чем меньше регулируемых параметров, тем проще автоматические системы управления. Например, в массовом производстве, где коэффициент закрепления операций равен единице, т. е. на одном рабочем месте выполняется одна и та же операция, движения рабочих органов станка многократно и неизменно повторяются, поэтому количество и размер регулируемых параметров ограничены, и их можно выполнять относительно простыми автоматическими устройствами. В серийном производстве, где коэффициент закрепления операций 2 – 40, т. е. объект производства меняется часто, значения регулируемых параметров меняются также часто. В этом случае требуется более сложная система управления.
Система автоматического управления только тогда будет целесообразна, когда она обеспечит требуемые точность обработки, производительность и экономичность, т. е. себестоимость обработки детали будет меньшей, чем при обработке без такой системы
Современные автоматические устройства могут обеспечить перемещение рабочих органов с точностью до нескольких микрометров, быстроту перемещения рукояток управления и самих рабочих органов станка, значительно большую, чем вручную, одновременность нескольких управляемых движений при простоте конструкций, возможности их быстрой переналадки, удобстве регулирования, надежности в работе, малой стоимости. Автоматическое управление процессами необходимо внедрять в производство, выбирая для каждого конкретного процесса и типа производства наиболее рациональные устройства.
Системы автоматического управления различают по степени централизации управления, методу воздействия, наличию обратной связи, виду программой носителя и др.
Система управления может быть централизованной, децентрализованной и смешанной. Централизованная система содержит командный пункт, управляющий работой автомата или автоматической линии. Примером такой системы служит автомат с распределительным валом, на котором установление кулачки, кинематически связанные с суппортами, приспособлением, устройством для загрузки заготовок и снятием готовых деталей. К кулачкам прижимаются рычаги, являющиеся исполнительными звеньями, часто сочетающими и функции усилителей сигнала датчика в виде перемещений рабочих органов.
Каждый кулачок управляет работой одного рабочего органа. Чем больше рабочих органов и других управляемых механизмов, тем больше должно быть кулачков, рычагов и других устройств кинематических связей с распределительным валом.
Аналогично описанному работают системы с командоаппаратами. Такие системы просты и надежные в эксплуатации, однако необходимо наблюдать за работой таких автоматов, так как отклонение от требований технологического процесса, например поломка резца в продольном суппорте, а следовательно, и невозможность обтачивания поверхности детали, не приведет к остановке автомата, и поперечный суппорт отрежет заготовку от прутка в соответствии с командой от своего кулачка. Один наладчик может обслуживать 4—6 автоматов, чтобы вовремя увидеть неполадки и быстро их устранить. В автоматических линиях должна иметься автоматическая блокировка на каждом автомате, чтобы автомат не сработал при команде с центрального пункта, которая может привести к поломке или неполадкам линии, например, если перед этим заготовка не заняла на станке необходимого положения.
Децентрализованная система управления не имеет центрального пункта управления, Управление рабочими органами осуществляют путевые датчики, включение и выключение которых производят упоры на рабочих органах станка. Датчики и упоры расположены так, что каждое последующее действие рабочего органа может осуществляться только после окончания предыдущего действия рабочего органа. Датчики и промежуточные звенья системы находятся в рабочей зоне отдельного автомата или автоматов в автоматических линиях, поэтому на них воздействуют СОЖ, стружка, абразивная пыль, что приводит к их частому выходу из строя или подач ложных команд и, следовательно, к малой надежности системы.
Смешанная система — это комбинация централизованной и децентрализованной систем: ряд автоматических устройств управляется централизованно, остальные — децентрализованно. В случае, если не произойдет обтачивания детали на токарном автомате, датчик подает команду на остановку автоматической линии. Смешанная система обладает достоинствами обеих систем.
По методу воздействия на управляемые органы станка системы управления разделяют на непрерывные и дискретные. В непрерывных системах команда на исполнительное звено является непрерывной функцией времени и сигнала управления. В дискретных системах команда исполнительным звеньям подается отдельными импульсами через определенные промежутки времени. По наличию обратной связи между управлением процессом и протеканием самого процесса различают разомкнутые и замкнутые системы.
Разомкнутые — такие, у которых система автоматического управления не реагирует на изменение регулируемых параметров процесса. В такой системе нет связи между управлением движения регулируемых органов машины и размерами, формой и другими характеристиками обрабатываемой детали.
Замкнутыми называют системы автоматического управления, у которых имеются дополнительные устройства, поддерживающие значения регулируемых параметров в заданных пределах. Такие системы называют системами с обратной связью. В такой системе имеются автоматическое устройство, измеряющее значения регулируемых параметров, и устройство, сравнивающее фактические и заранее заданные значения. В результате сравнения вырабатывается разность значений параметра, называемая отклонением регулируемого параметра или ошибкой регулирования. Величина этой ошибки вводится в систему управления, чтобы соответственно отрегулировать управляемый орган.
Имеются четыре разновидности систем автоматического управления с автоматическим регулированием.
1.Автоматическая стабилизация регулируемого параметра. Система автоматически поддерживает постоянство регулируемого параметра при изменении условий протекания процесса. Например, нагрузка на резец при обтачивании зависит от глубины резания, подачи, частоты вращения. Задаваясь постоянной величиной нагрузки, при выбранной частоте можно регулировать величину подачи. Таким образом, если изменяется глубина резания в процессе обработки, то автоматически изменяется подача и параметры обработанной поверхности будут стабильными.
2.Автоматическое регулирование по программе. Система автоматически изменяет регулируемый параметр по определенному заданному закону. Например, заданное значение нагрузки изменяется по закону, определяемому изменением жесткости по длине детали.
3.Оптимальное регулирование. Автоматическая система обеспечивает оптимальное выполнение технологического процесса при различных условиях его протекания. При регулируемом параметре в виде КПД двигателя внутреннего сгорания рациональные изменения подачи топлива и воздуха позволят обеспечить наибольшую мощность на коленчатом валу при наименьших затратах топлива.
4.Автоматическое слежение. Система автоматически изменяет регулируемый параметр в соответствии с изменением управляющего сигнала, закон изменения которого заранее не предусматривался программой. Например, перемещать бабку при определении износа шлифовального круга будет не рабочий, а специальное устройство, называемое автоподналадчиком.
Имеются следящие гидрокопировальные и электрокопировальные системы, в которых суппорт совершает перемещения, соответствующие форме копира или чертежу детали. Заменяя копир или чертеж, получают соответствующие движения суппорта и, следовательно, разные формы изделий.
Системы автоматического управления с автоматическими регуляторами позволяют быстро реализовать и выправлять отступления от заданных параметров технологического процесса, регулировать параметры по заданному закону, работать на оптимальных режимах. Поэтому они надежно обеспечивают высокое качество и производительность работы оборудования, т. е. высокую эффективность и экономичность процессов.
По виду программоносителя, т. е. устройства, содержащего законы движения управляемых органов станка, системы управления бывают: а) с распределительным валом; б) с упорами; в) с копирами; г) с числовым программным управлением.










Приложение Е -СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Требования к статическим и динамическим характеристикам электроприводов машин и установок зависят от специфики технологического процесса, особенностей конструкции механизма, способа управления механизмом, условий эксплуатации и электроснабжения. В общем случае эти требования можно свести к следующим положениям:
- электрическое оборудование машин и установок производства должно быть надежным, безопасным и экономичным в эксплуатации;
- электропривод должен обладать высокими перегрузочными способностями и возможностью большого диапазона регулирования скорости;
- ограничение момента в установившихся режимах и «тяжелых» переходных процессах, когда статический и динамический моменты в сумме достигают максимально допустимой величины;
- ограничение ускорения в «легких» переходных процессах, когда статический и динамический моменты в сумме не достигают максимально допустимой величины (торможение и реверс при согласованном направлении момента статического сопротивления и электромагнитного момента двигателя);
- ограничение «рывка» (производной момента) в переходных процессах;
- минимальное время переходных процессов для механизмов с интенсивным повторно-кратковременным режимом работы при соответствующих ограничениях на момент, ускорение и рывок;
- обеспечивать высокую жесткость механической характеристики электропривода;
- обеспечивать участие электропривода в демпфировании упругих механических колебаний;
- электропривод должен сохранять работоспособность при глубоких просадках напряжения, характерных для карьерных и шахтных электрических сетей; аварийные режимы электропривода, при этом, недопустимы.
Этим требованиям отвечают электропривода как переменного, так и постоянного тока, с современной силовой преобразовательной техникой.
Наиболее простой системой автоматизированного электропривода является система с релейно-контакторной схемой (РКС) для двигателей постоянного и переменного тока. Система РКС применяется для обеспечения автоматического управления пуском подъемной машины, конвейерной установки. Управление пуском осуществляется путем введения в цепь ротора асинхронного двигателя или якоря двигателя постоянного тока активного сопротивления. В процессе пуска введенные активные сопротивления шунтируются (выводятся из работы) по определенному закону в автоматическом режиме. Автоматизировать процесс пуска приводного двигателя, т.е. выводить пусковые резисторы последовательным замыканием контакторов, можно в зависимости от различных параметров, характеризующих режим работы машины или установки: времени, момента (тока), скорости, ускорения, пути или комбинации этих параметров.
Наибольшее распространение нашли схемы автоматизации процесса пуска в зависимости от времени; тока с корректировкой по времени; времени с корректировкой по току; по ускорению. Каждая из этих систем обладает своими достоинствами и недостатками. Однако система в целом обладает существенным недостатком – большие потери энергии в процессе пуска, связанные с рассеянием тепла на резисторах. Кроме этого, ступенчатое изменение пускового момента, присущей РКС, вызывает значительные динамические нагрузки в кинематических цепях машины или установки, что ускоряет износ канатов, ленты и редукторов.
Ступенчатый характер изменения пускового момента может быть ликвидирован посредством применения жидкостного резистора, нашедшего широкое применение в зарубежной практике. Это достигается тем, что жидкостный резистор обеспечивает плавный разгон приводных электродвигателей. При этом уменьшаются пусковые токи, требуются меньшие рабочие площади, мощность управления является незначительной.
При управлении электродвигателем с использованием жидкостного резистора в период пуска, для поддержания постоянства момента двигателя и ускорения, необходимо плавное перемещение его электродов. В установках с более мощным приводом управление перемещением электродов жидкостного резистора осуществляется дистанционно и автоматически.
Следящий электропривод, используемый для этих целей, должен удовлетворять следующим требованиям: достаточное быстродействие, приемлемое число промежуточных положений электродов, удержание электродов в любом положении при отсутствии сигнала рассогласования, простота, надежность, экономичность и удобство в эксплуатации. В качестве следящего привода жидкостного реостата может быть использована одна из систем: электрогидравлическая, электропневматическая, электромеханическая с двигателем постоянного или переменного тока и с контактным или бесконтактным управлением.
Системе с жидкостным резистором присущи те же недостатки, что и системе с РКС, в основном связанные с большими потерями энергии при пуске. Обе системы не обеспечивают в полной мере требования, предъявляемые к электроприводам машин и установок производства. Поэтому в последнее время наметилась тенденция к широкому использованию в электроприводах машин и установок производства более сложных систем с современной полупроводниковой силовой преобразовательной техникой: “генератор – двигатель с тиристорным (Г-Д с ТВ) или транзисторным (Г-Д с ТрВ) возбуждением”, “управляемый выпрямитель - двигатель” (УВ-Д), “асинхронный вентильный каскад” (АВК), “преобразователь частоты - двигатель” (ПЧ-Д).
В настоящее время для машин и установок производства большой производительности известны две разновидности регулируемого электропривода постоянного тока – Г-Д и УВ-Д. Достоинства регулируемых электроприводов постоянного тока общеизвестны: отсутствие пусковых и тормозных потерь электроэнергии; высокие и экономичные регулировочные свойства; поддержание скорости на заданном уровне, независимо от нагрузки на валу электродвигателя; безинерционный переход от двигательного к генераторному режиму и наоборот; нетребовательность аппаратуры управления к уходу.
Электропривод системы Г-Д имеет ряд недостатков: низкий КПД, вследствие трехкратного преобразования энергии; высокая первоначальная стоимость, обусловленная высокой стоимостью электромашинного преобразователя; большие масса и габариты преобразовательного агрегата; низкая надежность из-за наличия коллекторных машин. Система Г-Д применяется в рудничных подъемных установках со скоростями более 10 м/с, мощность которых превышает 1000 кВт и в экскаваторных электроприводах с частыми пусками, торможением и генераторным режимами работы.
Более совершенной является система УВ-Д. К её достоинствам по сравнению с системой Г-Д можно отнести: высокое быстродействие; высокие регулировочные свойства; незначительные эксплуатационные затраты; высокий КПД; более длительный срок службы, простое и оперативное осуществление резервирования и взаимозаменяемость блоков, узлов, устройств; меньшая полезная площадь для преобразователя и меньшая мощность управления. К недостаткам системы УВ-Д следует отнести: низкий коэффициент мощности при глубоком регулировании скорости из-за коммутации вентилей и влияния на питающую сеть в виде гармоник высокого порядка; наличие зоны прерывистых токов; низкая перегрузочная способность и чувствительность к перенапряжениям.
Регулирование скорости электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения по схеме Г-Д ведется за счет изменения напряжения на якоре генератора. В свою очередь, регулирование напряжения на якоре генератора производится за счет изменения тока в обмотке возбуждения генератора. Для этой цели служит возбудитель генератора, в качестве которого используются: силовые магнитные усилители (СМУ) или СМУ с промежуточными магнитными усилителями (СМУ с ПМУ); тиристорные (ТВ) и транзисторные (ТрВ) возбудители. Так как СМУ и СМУ с ПМУ обладают большой электромагнитной инерционностью, в настоящее время наибольшее распространение получили тиристорные и транзисторные возбудители из-за высокого быстродействия, большей стабильности параметров, высокой надежности и практически неограниченного срока службы, так как отсутствуют вращающиеся и контактные части.
Преобразование энергии в силовом канале электропривода по схеме Г-Д производится электромашинным преобразователем. Сетевой синхронный или асинхронный двигатель М1 вращает генератор постоянного тока G. Суммарный КПД электромашинного генератора определяется как произведение КПД сетевого двигателя и генератора. Величина его около 0,85 – 0,9. Другой особенностью является инерционность магнитной системы генератора, постоянная времени по цепи возбуждения LG составляет 1 – 5 секунд. Форсирование напряжения на выходе возбудителя генератора позволяет снизить время переходных процессов по напряжению генератора в 3 – 5 раз.
При реализации электропривода машин и установок производства по системе УВ-Д управление приводным электродвигателем осуществляется посредством изменения величины среднего выпрямленного напряжения за счет фазового управления коммутацией тиристоров. Регулирование величины и знака среднего выпрямленного напряжения преобразователя осуществляется изменением угла регулирования (отпирания) тиристоров вентильных групп в зависимости от величины сигнала управления, подаваемого на вход системы импульсно-фазового управления (СИФУ) вентильной группы. Для реверсивных электроприводов с максимальным быстродействием применяется реверс посредством изменения направления тока в якорной цепи, осуществляемый с помощью тиристорного преобразователя с двумя вентильными группами “вперед” (В) и “назад” (Н), каждая из которых обеспечивает возможность протекания тока только в одном направлении. Наиболее часто применяется схема со встречно-параллельным включением вентильных групп, питающихся от одной вторичной обмотки трансформатора или непосредственно от сети через реактор. Управление вентильными группами УВ-Д осуществляется одним из двух основных способов: совместным или раздельным. Наибольшее распространение в электроприводах рудничных подъемов получила система УВ-Д с раздельным управлением. Применение раздельного управления позволяет: уменьшить вес и габариты электропривода; повышает надежность его работы из-за снижения рисков, связанных с опрокидыванием инвертора; улучшает КПД электропривода за счет устранения потерь энергии, обусловленных уравнительными токами.
В ряде случаев применяют электропривод по схеме “управляемый выпрямитель - двигатель” с реверсором в обмотке возбуждения приводного электродвигателя (реверс по полю), например, в электроприводе вращателя бурового станка типа СБШ. Такой электропривод содержит однокомплектный тиристорный преобразователь. Применение таких систем стало возможным в связи с разработкой и применением быстродействующих реверсоров на базе реверсивных тиристорных возбудителей. Однокомплектный тиристорный электропривод с реверсированием поля имеет меньший объем электрооборудования, более простую систему управления по сравнению с двухкомплектным электроприводом, но уступает по быстродействию системам с реверсом в якорной цепи.
Преобразование энергии в силовом канале электропривода системы УВ-Д производится тиристорным преобразователем, который через согласующий (вентильный) трансформатор Т подключен к сети. Суммарный КПД трансформатора и тиристорного преобразователя составляет 0,95 – 0,96. Постоянная времени тиристорного преобразователя около 0,01 секунды.














2





Рисунок 4
Тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода механизма перемещения столапродольно-строгального станка.

Ω

М

t

t

Ωпон

Ωпон

Ωпон

-Ωобр

М1


М2


М4


М5


М6


М7


М8


М9


М10


М11


t1


t2


t3


t4


t5


М3


М12


t6


t7


t8


t10


t11


t9


t12


Тахограмма

Нагрузочная диаграмма

Uу

2RТ

2LТ

Rγ

RЯ

Ed

IЯ

EЯ

Lя

EЯ

IЯ

LЭ

Uу

Ed

RЭ











uу

eп

m

ω

eя

-

iя

mс

-

ТП

ЯЦ

МЧ

iя





iя*

uу





eя

ep

Ф

ЯЦ



ТП

РТ

iя

ДТ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



КСУИ.61490000.001 ПЗ