Автоматизация производственных процессов

Автоматизация производственных процессов

 

Вариант 6

 

 

1.6. Назовите основные  этапы механизации и автоматизации  производства.

 

Развитие процессов  автоматизации производства на многих действующих и реконструируемых заводах проходит следующие четыре стадии: частичная и комплексная механизация, частичная и комплексная автоматизация. Такая последовательность хотя и кажется логичной с точки зрения постепенного накопления опыта, однако, не является обязательной во всех случаях. На ряде заводов при использовании опыта передовых предприятий сразу осуществляется комплексная автоматизация без прохождения перечисленных предварительных стадий. В то же время на других участках этих же заводов проводятся мероприятия по частичной и комплексной механизации производства. Частичная механизация проводится многими заводами и обычно не связана с большими затратами. При ней рабочий освобождается от одного или нескольких приемов, связанных с выполнением данной операции.

При комплексной механизации  внедряют системы механизированных устройств или машин, обеспечивающих выполнение основных и вспомогательных работ. Применяя механизацию производственных процессов, стремятся облегчить выполнение профессионально вредных, тяжелых, однообразных и монотонных работ.

Частичная автоматизация  заключается в том, что наряду с обычным оборудованием в цехах используют автоматы и полуавтоматы. Автоматом называют рабочую машину, при осуществлении технологического процесса на которой все элементы рабочего цикла выполняются автоматически. Повторение цикла осуществляется без участия человека. В простейших автоматах человек осуществляет наладку автомата и контроль за его работой. В более совершенных системах автоматически контролируется количество и качество изделий, регулируется и меняется инструмент, подаются исходные заготовки и материал, убирается стружка и др. Полуавтоматом называют рабочую машину, цикл работы которой в конце выполняемой операции автоматически прерывается. Для возобновления цикла необходимо вмешательство человека, который устанавливает и снимает заготовки, пускает станок и контролирует его работу, меняет и регулирует инструмент.

Частичную автоматизацию  осуществляют в первую очередь для  наиболее трудоемких, профессионально вредных, скоротечных, монотонных и однообразных операций, добиваясь полного или частичного освобождения рабочих от их выполнения. Здесь можно более широко организовать многостаночное обслуживание, в результате чего освобождается значительное количество рабочей силы.

Более эффективна полная автоматизация отдельных технологических процессов, когда система непрерывно работающих автоматических машин функционирует как единый взаимосвязанный комплекс.

Комплексная автоматизация  — высшая форма автоматизации, при  которой из технологического и вспомогательного оборудования могут быть скомпонованы автоматические линии, цеха и заводы, где в едином потоке осуществляются процессы выполнения заготовок, механической обработки, контроля, термической обработки, сборки, окраски, упаковки или консервации. При комплексной автоматизации кроме ранее перечисленных преимуществ, свойственных автоматизации вообще, обеспечивается возможность непрерывной работы в едином потоке. Отпадает потребность в промежуточных складах, сокращаются производственные заделы и длительность цикла производства, упрощается планирование производства и учет производимой продукции. Здесь наиболее полно и эффективно сочетаются два принципа — автоматизация и непрерывность производственного процесса. Комплексная автоматизация производства — радикальное и решающее средство повышения производительности труда и качества продукции, снижения ее себестоимости.

 

 

2.3. Какие устройства  применяются в качестве контрольно-регистрирующей  и предохранительной аппаратуры  электрогидравлического привода?

 

Электрогидравлические устройства чаще всего оформляются в виде панели. Преимуществом пневмогидравлических устройств являются небольшие габариты, отсутствие насоса и возможность получения больших сил.

Как при быстрых, так  и при рабочих ходах рабочий  орган 11 (рис.2.1) получает движение от пневмоцилиндра 13. При ходе вперед сжатый воздух, поступающий по трубопроводу 16, направляется при помощи крана 15 в полость М цилиндра и поршень, шток которого связан с рабочим органам, перемещается влево. В конце быстрого хода вперед упор 10 приходит в контакт со штоком гидроцилиндра 9. При дальнейшем движении рабочего органа поршень гидроцилиндра будет выдавливать масло из полости 8 и дал ее к, редукционному клапану 4 по каналу 5 через дроссель 3 в бак Л. Изменением проходного сечения дросселя 3 регулируется скорость протекания масла и соответственно скорость рабочей подачи.

Рисунок 2.1 – Пневмогидравлические схемы для автоматических металлорежущих станков

 

Редукционный клапан 4 обеспечивает постоянство скорости рабочей подачи независимо от величины сопротивления. С изменением величины рабочего сопротивления изменяется давление в полости 8, а также давление в полости редукционного клапана. Чтобы обеспечить постоянство давления перед дросселем, последний соединен каналом с полостью 6, в которой находится мембрана, связанная с плунжером редукционного клапана 4. При повышенном давлении в полости 6 мембрана перемещает плунжер вверх и уменьшает сечение, через которое масло поступает к дросселю и давление падает. Если давление в полости 6 падает ниже установленного уровня, пружина 7 опускает плунжер вниз, сечение для прохода масла увеличивается, и давление перед дросселем повышается. При быстром обратном ходе сжатый воздух направляется краном 15 в полость 12 цилиндра. Одновременно сжатый воздух поступает через трубопровод 17 и глушитель 18 в бак 1. Из бака масло выдавливается через обратный клапан 2 в полость 8 гидроцилиндра. Глушитель 18 предупреждает вспенивание масла.

В качестве предохранительных  устройств применяются:

• пружинные предохранительные клапаны;
• рычажно-грузовые предохранительные клапаны;
• импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного предохранительного клапана и управляющего импульсного клапана прямого действия;
• предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (мембранные предохранительные устройства).

 

 

 

3.3. Схематично изобразите  систему бункерного питания. Какие  основные элементы в нее входят?

 

При обработке штучных  заготовок на станках-автоматах  их загрузку и выгрузку можно производить  с помощью бункерных или магазинных механизмов питания, автооператоров, манипуляторов или промышленных роботов

Бункерный механизм питания (рис. 3.1) состоит из бункерно-ориентирующего устройства и автооператора, между  которыми расположен лоток-накопитель (магазин) 6. Бункерное питание —  это процесс автоматической ориентации и подачи заготовок из бункера в зажимной патрон шпинделя станка и съем их после обработки.

Рисунок 3.1 – Бункерный механизм питания

 

Бункерно-ориентирующее  устройство включает бункер 1, механизм выборки 2, механизм разрушения сводов 3, механизм ориентации 4, предохранительный механизм 5. Автооператор состоит из отсекателя 7, механизма подачи (питатель) 8, захвата питателя 9, заталкивателя 10, выталкивателя 11, отводящего устройства 12.

Бункерные механизмы  питания широко применяют в массовом и крупносерийном производстве при обработке заготовок сравнительно несложной конфигурации, небольших размеров и с непродолжительным циклом обработки. Загрузочное устройство, в которое входит только лоток-накопитель (магазин) и автооператор, называют магазинным. В данных загрузочных устройствах заготовки вручную укладывают в ориентированном положении в магазин, и далее автооператор автоматически подает их в зону обработки. Магазинные загрузочные устройства применяют в массовом или крупносерийном производстве при обработке заготовок, захват и ориентация которых затруднены из-за их геометрической формы, размеров или массы.

Рассмотрим основные исполнительные механизмы бункерного механизма питания.

Бункерно-ориентирующее устройство предназначено для накопления заготовок, их выборки, ориентации и выдачи в лоток-накопитель.

Накопление заготовок происходит в бункере –ёмкости определенной формы и объема. Заготовки в  бункере засыпаются в неориентированном  положении (навалом). В бункере располагаются  механизмы захвата, ориентации, разрушения сводов и другие устройства. Механизм выборки заготовок, или захватное устройство, предназначен для поштучной выборки заготовок из бункера и передачи их в механизм ориентации.

По способу поштучной  выборки заготовок из общей массы  в бункере все бункерно-ориентирующие  устройства делятся на две группы: с захватными органами, без захватных  органов.

 

 

4.2. Чем отличается управление  от упоров и управление от  кулачков? Проведите сравнительный анализ этих систем управления.

 

Существуют два принципиально различных способа задания программы: в аналоговом и в цифровом виде. Программа в аналоговом виде задается профилем кулачков, копиров, расстановкой упоров и конечных выключателей. Например, в приводе суппорта токарного станка – автомата имеется кулачковый механизм и зубчато–реечная передача, преобразующая поворот коромысла в поступательное движение суппорта (рис. 4.1).

На кулачке имеется  участок быстрого подвода инструмента  АВ и быстрого удаления СД, которые обычно выполняются по параболе, и участок рабочей подачи ВС. Так как обычно подача равномерная, участок ВС представляет спираль Архимеда.

Рисунок 4.1

 

Кулачок является не только программоносителем аналогового типа, но и механизмом привода исполнительного органа, в данном случае – суппорта. Задаваясь различным профилем кулачка, можно получать различные законы движения исполнительного органа. Достоинства системы управления с кулачками – простота устройства, высокая точность. Недостатки – высокая стоимость изготовления кулачков и недостаточная долговечность, вследствие больших нагрузок на кулачок.

Наиболее простой является система управления по упорам. В  качестве программоносителя выступает  линейка или вращающийся барабан  с закрепленными на них в определенных местах упорами. Эти упоры воздействуют на концевые выключатели, которые вырабатываю соответствующие сигналы и посылают их в систему управления. Например, с помощью упоров можно составить программу управления обработкой на токарном станке ступенчатого валика (рис. 7.2). Сигнал, вырабатываемый концевым выключателем, управляет поперечной подачей S_n.

Рисунок 4.2

 

Эта система широко применяется  в автоматических линиях, в автооператорах, входит в состав систем блокировок и сигнализации различных устройств. Она конструктивно проста, универсальна, обеспечивает дистанционное управление, легко переналаживается.

 

 

 

5.3. Какие виды станочных  систем Вы знаете? Кратко охарактеризуйте  их.

 

Станочная система (СС) представляет собой совокупность станков и вспомогательного оборудования, которая служит для обработки одной или нескольких одинаковых заготовок, а также заготовок широкой номенклатуры на основе одного и нескольких различных маршрутных технологических процессов.

Автоматизированные или  автоматические СС — совокупность взаимодействующих станков и вспомогательного оборудования, объединенных автоматизированными или автоматическими подсистемами: транспортно-накопительной, инструментального обеспечения и управления. Автоматизированные СС функционируют с участием человека в реализации некоторых производственных функций, а автоматические СС — без участия человека или с минимальным его участием.

В зависимости от типа производства СС подразделяется на специальные (непереналаживаемые), специализированные (переналаживаемые) и универсальные (гибкие).

К специальным СС относятся  переналаживаемые автоматические линии (АЛ) для обработки заготовок 1-2 наименований. Годовая программа выпуска деталей одного наименования более 75000 шт. по одному маршрутному технологическому процессу. Поток обрабатываемых заготовок следует по схеме «станок — станок». В состав специальных СС, являющихся основным средством автоматизации крупносерийного и массового производства, входят различные сочетания специальных, специализированных систем и других механизмов. Благодаря наличию разветвленных транспортных систем и промежуточных позиций накопления деталей, настройку и техническое обслуживание отдельных станков в АЛ можно выполнять без существенного снижения выпуска изделий. При изготовлении малогабаритных и однородных по форме деталей наиболее производительны роторные линии, в которых процессы обработки и транспортирования деталей совмещены во времени.

К специализированным СС относятся переналаживаемые АЛ (ПАЛ), в состав которых входят универсальные и специализированные станки, транспортно-накопительные системы и другие механизмы. ПАЛ выполняют обработку заготовок от 2 до 15 наименований.

В универсальные СС входят только универсальные станки; поток  обрабатываемых заготовок движения по схеме «станок — склад — станок». К этой группе СС относятся гибкие производственные системы (ГПС), служащие для обработки заготовок широкой номенклатуры с различными технологическими маршрутами.

Гибкие производственные системы — совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени. В ГПС предусмотрена автоматизированная переналадка при изготовлении изделия произвольной номенклатуры в установленных пределах значений и их характеристик.

 

 

6.4. Каким образом определяется  последовательность соединения (сопряжения) изделий и последовательность сборочных операций? Приведите пример.